Устройство для определения параметров линии электропередачи в режиме короткого замыкания

 

Изобретение относится к 9лектрисгеским измерениям и может быть использовано при построении устройств определения короткого замыкания или защиты линий электропередач (ЛЭП). Целью изобретения является повышение помехозащищенности и быстродействия устройства. Для достижеJt 20 TJ 22 lUcaK u

СОЮЗ СОВЕТСКИ)(СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51) 4 (0 1 R 2 7 0

Я

КИ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3684921/24-21 (22) 02.01.84 (46) 15.09.86. Вюл. № 34 (71) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетический институт (72) О.А.Глухарев (53) 621.317.75(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 509935, кл. H 02 Н 3/40, 1976.

Авторское свидетельство СССР

¹ 550996, кл. G 01 R 31/08, 1977. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ В

РЕЖИМЕ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ (57) Изобретение относится к электрическим измерениям и может быть использовано при построении устройств определения места короткого замыкания или защиты линий электропередач (ЛЭП). Целью изобретения является повышение помехозащищенности и быстродействия устройства. Для достжке25-,>562 т

1 i2

HffsI ТО Кif

1 ния постявлекной цели в устройство,, содержащее интеграторы 1-7,. перемнажители 8-18 и пусковой орган 27,, дополнител(-но введен((су((((аторы 19-22, блоки ?3 и 24 деления, блсн:; 25 зят(0минания и блок 26 задания време:T«unо интервала наблюдения. Рабо -а усгро1(ства основана на определении параметров дифференциально>о управления., описывающего состояние ПЗП, в частности активного сопротивления и ин-.

Изобретение относится к Влектрическим из1(ереll ((я»(Б злеf(Tpoç Icl31 eти-

«e и»(ожет быть использовано при построении уст;>ойств определения

МЕ СТЛ КОР(>ТК ОГО ЗЯБ ЫКЯ НИЯ И(1 Л ЗЯЩИ ты линии электропередачи.

IleJ2ью изобретения явля"-iòся повы:.— шение помехоустойчивости и быстродействия устройства.

На T(epтежe п13иведена стpуктуpняsf схема т(реложенного устроист«a, УС-(РвйСтво ДЛЯ 0.(РЕД(ЕЛ(:.Ь(-f>T Г;ЯР-:.—

МЕТРОВ J(THT(HI . В РЕЖИМЕ КОР(>ТКОГС ЗевЂ

»11(кани>1 содержит ин renII3a((>p(i! 1 -- 7. ((от) ."2120жн ЕЛ((8 1 "Б . CT>i 1»(2 !JO3Û блокл ?3 и 24 деления, блок 25 запоминания, олок 26 задания временного интервалB. наблюдения, пусково:(0(3 ган 27.

1>хОды nepIJQT 0 1 и H l 01301"Q 2 HHòef - раторо(з являются вхо,цами устройства, п1>ичем Вход io To(<ó соеди -Iен с вхо;то>1

I3TQpQÃt3 ик ) (Грят0 0(3. 2 и с Одним из входоз первого сумматора -(епосредственно, а с друг((м входом -- через блок 23 запомнил((«я -I:".((fasfü((oão значеПервый Ilepe»(HQ>I(«vesfь 8 > работа(Бщий в режиме квадратора „: воимi(!! хо-- -.,;

ДаМИ СОЕДИНЕН С т>ЫХОДОМ ПЕРВО О ИН: тегратора я Быхоцом через трет,,(1- : интегратор 3 — с первыми Входами:(стого 13 и десятого 17 Ttep".31«0>(e òes(å,:i, IIеремножитель l 0, входы кот0130ão

СОЕДИНЕНЫ С тзЬГ".ОдаМИ ПЕРВОГО 1 И (зторого 2 интеграторов, через четвертый интегратор 4 соединен с объед»(:.(екнь(ми вхОдями седьм(ГQ и зре(2(1(О>к((тел IT дуктивности. 1ри это»(не используетСЯ (>ИЕРЯ (тИЯ Ди((>фЕРЕНЦИР(>Ба«ЙЯ БХОД

КОГО СИГНаЛЯ,, а (>(323((ИРУт(>тСЯ ЛИШЬ И«т ГВ(1!(Ы V«0ò>НЫХ ВЕЛИЧИИ . Что ПОБЫ(иае f н>мехоустой(чив ость устрой тва.

1 )30((е го(Q тто м(но::(e -. -12 t. « eìåâ 0â я. одных Величин произвоцится среднеквадратичное приближение к заданной т>„-.рМЕ ура -! .(e(!Ifя СО, 1(Qr .(J(TJI (13li, -..тто

ПОВЬт(((ЯЕТ то:-.HQC-.-. .: И ПО .((ХОУ(ТО (ЧИ, (т«HQHT(f<1>oт:; i 8 (li. Tti- i„ ; (>.i "т т>ЕТИ(т iqet>ei.r-,;0>- и сл« (ГХО-Д(: . .ОТОРО Го CC e L! .I!e i ЬI П(2:. ОДСI (2 0—

23(: 2 0 11НТЕГ(>атот>а . "ЕВЕ 11ЯТЫй ИНт(гра гор 5 coe;fff(с пе-;,-=,y,—.» 1- ходo!...

:-:осьмого nepe»(êo>1(итет(>(: " и ВТО!3ым —,", 0TT(3(I (iTe((Тот-С попе»п;O-,(l 2.ел(т 1 3 .

Чет!3ep",- и г(ере»(-10>як е; = 11 . Входы. ко-.îðîãî с(3"-r«-::.-;. 3«::;;! с пь(.(0(-,0»2: ер- о(2 (н I e 1 . 1! 0(c. 2 -:.. :... ".. Cp DQ 0 .. 0T - I ",: Г -(т: ;",.ть":. 2."2! l я

:;.: ттт )IЕ.:(.

Пятый пе 3(мно..,>ть =..2- .; (. .;>(Qqh! ко-IT-l С-.г>ЗЯ(ОРЯ,, (л (;"-т,с тт о . -;:" т .:т ь.тю е (к Вторым =ходя» .=.л"-Огo 6

БЕСЯТ >ГО 1 Tp" :(»ттттт: T. Ей (ЮГ(К((1(2"тЕ т(Ы К f(>(o аi ((>С.: C ó МКЯТOIT>OБ

2з 1 1 под>(>,н>чепы к пьг>((>тц((((щ >с (3гo

Ii:нp« i (,e Tel (òf т(х(li(t- ile1 ВQт"0 бт(;>;

:. 3 1; еле.;"1я . !

»> r! QfT,"-(J":tTe т(2„« s!11" T т ;;,,!:;>С--,: let 1 т ((Я, Оt 0;! 2,ЕT>r, -"Q,;.;:, --.;тЕ(й

;,,".!pcгQ " б,!!(>i QH делон я.

-т рогo подк.а3чены к зых(l»,e-: десятo o (7 ч о т tl((! (т(ц;т "l-0(0 1 (2 и (3ем„--(о.кт("т.е—

>IЕИ CÎes!(П(e«С (lePBlli l„,ri !Q 2 T- Q!3(i

ЛОт(Я,,! 2т(1>тЕНН>Я . . !,(; ;!!,.Tтт >0>.т;Ч (—

1257565 на, отображающая индуктивность линии, снимается с выхода первого блока 23 деления . Выходная величина, отображающая активное сопротивление контура короткого замыкания, снимается с выхода второго блока 24 деления.

Работа устройства основана на следующих положениях.

При замещении короткозамкнутой линии сосредоточенными элементами 10 ее состояние с некоторым приближением может быть описано дифференциальным уравнением первого порядка

X®= Y(t)Li Y(t) R, (1) 15

t t

lit)-3 о) = — х(ИЙ- — „) ФИ

50 т Z(t) Ixa I = " „ (3) ц а где Z(t) = Y(t) — Y(0) — измерение тока; где X(t) — напряжение в начале линии;

Y(t) — ток в начале линии;

L — суммарная индуктивность 20 линии;

R суммарное активное сопротивление линии.

Задачу определения параметров линии (L и R) решают (1 ) посредством 25 измерений Х, Y u Y в два различных момента времени. В этом случае при подстановке значений замеренных величин получают цва уравнения вида (1), которые можно решать сОвместно, если они оказываются достаточно независимыми.

Недостатком такого подхода является необходимость формирования производной от тока, что приводит к су- З

35 щественным погрешностям при наличи высокочастотных помех в контролируемом токе.

Чтобы исключить операцию дифференцирования, проинтегрируем исходное выражение (1 ) на интервале наблюдеt ния (О, t) . Получаем I X(t) dt а

L fY(t) — Y(0)) + R(Y(t)dt. (2) о

45 где Y (б ) — значение тока в момент

О. Выражение (2) можно переписать в виде

I, l )((t) dt о интеграл от контролируемого напряжения на текущем интервале наблюдения;

t = J Y(t)dt о интеграл от контролируемого тока на текущем интервале наблюдения; параметры линии, которые необходимо оценить; — трансионированная мата<,а

h рица интегралов; — матрица параметров.

- (.,) = a, I „(t 1) - а7,I > (6,) = h (h,) а (4)

"(t„) = а, т„(„) -, i„(t„)=h (t„) Минимизация по параметру а среднеквадратичной ошибки измерений ((t;l - h (t;) ) приводит к процедуре, согласно которой левая и правая часть выражения

В процессе наблюдения может быть получено большое количество замеров, соответствующих выражению (3), например при дискретном увеличении t. Определить параметры линии по двум выражениям (3 ), взятым для фиксированных моментов t< и t<, значило бы не полностью испольэовать информацию, содержащуюся в измерениях. В то же время, ввиду наличия помех в контролируемых сигналах, решение задачи по двум из возможных выражений вида (3 ) может оказаться неточным или вовсе не иметь решения, особенно при близости t, и t, т.е. тогда, когда два уравнения оказываются линейно зависимыми.

Для повышения точности определения параметров линии при наличи нескольких замеров вида (3) используется метод совместного решения переопределенной системы

257565 б

Из (8) можно получить выражения для каждого из параметров

) При этом ввиду использования нескольких замеров на интервале наблюдения т -»

Matpaaa(hjt)h jt)dt с Оольшой вероятностью оказывается невырожденной, за счет чего повышается точность оценки параметров. Подставив в (5) матричные выражения для h(t), Z(t) 15 и а и проинтегрировав почленно получаем (10 ) „й

Т

L 1 Zak

0 „й

0 т

)I 1»JK

I „1„сй

0 т

))„),й

20 (6) 25 где в функциях j. (t), I (t), Z,(t) для простоты опущены индексы t.Âûðàжение (б) в матричной записи может быть переписано как

К=Аа, ЗО при этом решение, т.е. матрица параметров, находится в виде

a=AK.

Таким образом, для решения задачи определения параметров линии необходимо найти обратную матрицу от мат-З5 рицы A стоящей в правой части выражения (6).

Приняв обозначения для интегралов на всем интервале наблюдения в виде оператора Х, выражение (6) можно пе40 реписать в виде.j (1„ 1

)>

Э(1 Х) Л(1

tj

3iIxIB) a(I „ I „i

6,> (1 „) (8) (3) домно>каются на матрицу h(t) слева и интегрируется от момента, начала до момента окончания интервала наблюдения )О, Т) (сщ, jt)Jt = ) hjt) t )) и (5) Для нахождения матрицы обратной

A необходимо записать определитель матрицы А.

6tJ(I„)3iI„)-3(I„Ö) 3(I>

При этом выражение для определения матриць) а параметров имеет вид

3(I 1 ЛД „ )-3

= — =а,; ь L (I) >(I9 — j (I»I4 .)(I» 2) 2

Ь L

Отсюда получают соотношения для нахождения искомых параметров L u R линии в режиме короткого замыкания.

3(I >) Л (1„Д вЂ”:1(I,I >).3(I ° )

1(I > ) I 3 (1„21- 3 (.1 „) 3 (! „б

R=

j(1 l j(Ix 41 (»Ö (1q ) В соответс-.вии с полученными выражениями строится устройство для оценки параметров линии.

Входными величинами для устройства являются ток Y(t) и напряжение

X(t), получаемые от первичных преобразователей тока и напряжения. Величина Z(t) KaK разность текущего значения Y(t) и его значе— ния 7(0) в момент начала наблюдения

1 = О. Поэтому в устройстве предусматривается запоминание величины

Y(0) в блоке 25 запоминания .При цифровой реализации устройства величины

I „и I вычисляются на каждом шаге во времени в промежутках межд замерами

X(t) и Y(t).Величины Т(Т, Х(Т )

;Е(Тх Х.Ч „" ). Т 0 Е Z(rÄ Z) могУт вычисляться как на каждом шаге,так и в момент Т окончания наблюдения. Оче— видно, в момент Т окончания наблюдения получается наиболее точная оценка параметро>з, поэтому операции перемножения и деления с последними интегралами производятся один раз в конце интервала наблюдения.

Устройство работает следующим образом.

При зозникновении ненормального режима работы энергосистемы срабатывает пусковой орган 27. Пусковой орган 27 может быть выполнен по одному из известных принципов, например в виде органа, реагирующего на приращение тока или напряжения или на их производные. В свою очередь пусковой орган 27 запускает блок 26 временного интервала, который на одном выходе вырабатывает сигнал нача1237 1F15 ла интервала наблюдения при с =- О, а иа другом выходе — сигнал окончания интервала наблюдения при t = Т.

Инициирующий сигнал с блока 2б временного интервала, возникающий 5 при t = О, включает входные блоки устройства: интегратор ; интегрирования сигнала, пропорционального контролируемому напряжению . интегратор 2 интегрирования сигнала, про- 10 порционального контролируемому току, блок 25 запоминания начального эначения тока.

Сумматор 19, начиная с 1: = О, формирует разность Y(t)-Y(0) текуще- 15 го и начального значения тока. Перемножители 8 и 9 возводят в квадрат накапливаемые в интеграторах 1 и 2 значения сигналов напряжения X(t) и тока Y(t) . 20

Одновременно перемножители 10, i1 и 12 формируют соответственно произведения: интеграла от сигнала напряжения и интеграла от сигнала тока I I ., интеграла от сигнала напряжения на приращение (замер ) сигнала тока — I Z, а также интеграла от сигнала тока на приращение сигнала тока — Х Z.

Ъ

Все сигналы, получаемые с пере- Зп множителей 8 — 17, интегрируются интеграторами 3 — 7, выходные сигналы которых в момент окончания интервала наблюдения t = Т перемножаются перемножителями 13 — 18, Указанные перемножители имеют связь с блоком задания интервала наблюдения с целью их включения в момент t = Т.

Выходы перемножителей 13 и 14, 15 и 16, 17 и 18 подключены соответ- 4О ственно к входам сумматоров 20, 21 и 22, формирующих величины, соответствующие числителям и знаменателям выражений (9) и (10).

Таким образом, введение дополнительных элементов (сумматоров, перемножителей, интеграторов и блоков деления ) позволяет повысить помехо устойчивость и быстродействие предло1 женного устройства. 50

Результат вычисления параметров линии L u R получают на выходах блоков деления 23 и 24 соответственно. Сигналы, пропорциональные параметрами L и R, могут быть использованы для выполнения устройства определения расстояния до места повреждения или в устройстве защиты ливии. При этом апериодическая составляющая в контролируемом токе не является помехой и ее амплитуда или постоянная времени не оказывают влияния на оценку параметров линии в контуре короткого замыкания.

Длительность интервала интегрирования выбирается из условий нужного быстродействия и допустимой точности .оценки параметров. Кроме того, ввиду наличия в контролируемых сигналах в общем случае свободной затухающей колебательной составляющей интервал интегриройания может выбираться кратным периоду указанной составляющей.

При этом она будет эффективно подавляться. В то же время, заранее ее период не известен и указанную настройку можно гроизводить, например, для коротких замыканий в конце линии, где от устройств релейной защиты, построенных на основе преложенного устройства, требуется максимальная точность.

Ф о р и у л а и э о б р е т е н и я

Устройство для определения параметров линии электропередачи в режиме короткого замыкания, содержащее первый и второй интеграторы, входы которых являются входами устройства, третий интегра:op и пусковой орган, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьпвения помехоустойчивости и быстродействия, в него введены четыре сумматора, два блока деления, блок задания временного интервала, блок запоминания, одиннадцать перемножителей и четвертьп1, пятый, шестой и седьмой интеграторы, причем первый перемножитель, оба входа которого соединены с выходом первого интегратора, через третий интегратор подключен к первым входам шестого и десятого перемножителей, второй перемножитель, входы которого сое— динены с выходами первого и второго интеграторов, через четвертый интегратор подключен к обоим входам седьмого перемножителя и к первым входам девятого и одиннадцатого перемножителей, третий перемножитель, оба входа которого соединены с выходом второго интегратора, через пятый интегратор подключен к второму входу шестого перемножителя и первому входу восьмого перемножителя, четвертый перемножитель, входы которого

1257565

1О

Составитель Л,Сорокина

Редактор М.Келемеш Техред Л.Олейник Корректор М.Максимишинеп Заказ 4914/44 Тираж 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва. Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

11ропялодственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, Ул. Проектная, 4 соединены с выходом первого интегратора и выходом первого сумматора, через шестой интегратор подключен к вторым входам восьмого и одиннадцатого перемножителей, пятый перемножутель, входы которого соединены с выходом второго интегратора и выходом первого сумматора„ через седьмой интегратор подключен к вторым входам девятого и десятого перемножителей, 10 выходы шестого и седьмого перемножителей через второй сумматор соединены с первым входом первого блока деления, выходы восьмого и девятого перемножителей через третий сумматор 15 соединены с вторыми входами первого и второго блоков деления, выходы десятого и одиннадцатого перемножителей через четвертый сумматор соединены с первым входом второго блока деления, выходами устройства являются выходы первого и второго блоков деления, блок задания временного интервала, подключенный к выходу пускового органа, одним выходом подключен к управляющим входам первого и второго интеграторов и блока запоминания, а другим выходом — к управляющим входам шестого, седьмого, восьмого, девятого, десятого и одиннадцатого перемножителей, один из входов первого сумматора соединен с входом второго интегратора непосредственно,а другой — через блок запоминания.