Способ определения места повреждения при коротких замыканиях на линии электропередачи постоянного тока высокого напряжения, содержащей фильтры высоких гармонических составляющих напряжения

 

Использование: в электроэнергетике для определения места короткого замыкания на линии постоянного тока высокого напряжения, снабженной фильтрами высших гармоник. Сущность способа: заключается в регистрации формы кривой линейного напряжения поврежденного полюса передачи, выделении из нее информативной части аварийной составляющей сигнала, определении спектральной характеристики этой составляющей, выделении в ней частоты f0 с наибольшей амплитудой, соответствующей колебательному процессу разряда линии через место повреждения, определении затухания Оо колебательного процесса для частоты f0 и расчета расстояния с учетом величин эквивалентной индуктивности преобразователя Ai и параметров фильтров высших гармоник как вещественной части величины: I В+Ув2-4АС 2 А , где А, В, С-комплексные коэффициенты, зависящие от параметров преобразовательной подстанции с фильтрами высших гармоник и оператора вида: Р «о + 1п f0. 2 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 R 31/08

ГОСУДАРСТВЕННОЕПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕ1-(Т СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4872336/21 (22) 09.10.90 (46) 23.11.92. Бюл, ¹ 43 (71) Научно-исследовательский институт по передаче электроэнергии постоянным. током высокого напряжения (72) К.А.Герцик, A.Ã.Çàìÿòèí, M.И.Мазуров, С,И,Минкин и А.X.Øëàéôøтейн (56) Патент ЕР К 019655. кл. 6 01 R 31/08, 1986.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1638676, кл. G 01 R 31/08, 1989. (54) СГ1ОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА ROВРЕЖДЕНИЯ ПРИ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЯХ НА ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

ПОСТОЯННОГО ТОКА ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ, СОДЕРЖАЩЕЙ ФИЛЬТРЫ ВЫСШИХ ГАРМОНИЧЕСКИХ

СОСТАВЛЯ)ОЩИХ НАПРЯЖЕНИЯ (57) Использование: в электроэнергетике для определения места короткого замыкания на линии постоянного тока высокого

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть применено для определения места повреждения (ОМП) на линии электропередачи постоянного тока (ППТ) высокого напряжения, содержащей фильтры высших гармонических составляющих напряжения, Известен способ ОМП, основанный на оценке разновременности прихода импуль.сов напряжения, возникающих в биполярной ППТ, к началу линии по волновый" каналам "провод-провод" и "два провода".

Недостатком способа является невозможность точного выделения составляющих таких каналов в переходных процессах в

4-проводной несимметричной линии ППТ, БЫ,, 1777104 А1 напряжения, снабженной фильтрами вы- . сших гармоник. Сущность способа: заключается в регистрации формы кривой линейного напряжения поврежденного полюса передачи, выделении из нее информативной части аварийной составляющей сигнала, определении спектральной характеристики этой составляющей, выделении в ней частоты f> с наибольшей амплитудой, соответствующей колебательному процессу разряда линии через место повреждения, определении затухания а колебательного процесса для частоты fo. и расчета расстояния с учетом величин эквивалентной индуктивности преобразователя А и параметров фильтров высших гармоник как вещественной части величины; I

+;т

2А сные коэффициенты, зависящие от параметров преобразовательной подстанции с фильтрами высших гармоник и оператора вида: P = + 12afp. 2 ил.

Э

Кроме того, при замыканиях полюса ППТ на землю в 25 — 2500 км от преобразователей амплитуда переменной составляющей импульсных перенапряжений в неповрежденном полюсе изменяется в пределах (0,1 — 0,5)

U«M, в то время как амплитуда гармоник, генерируемых преобразователями, достигает в начале линии 0,15 Оном. Поэтому выделение упомянутых импульсов на фоне гармоник и возможных помех сопровожда«ф ется значительными погрешностями.

Известен также способ измерения расстояния до поврежденной изоляции, который основан на регистрации кривой напряжения при отключении однофазного короткого замыкания линии переменного / Q+ 4 ? 6 2 ?? ?

167CLp f0 где v — табулированное значение скорости распространения волны напряжения в зависимости от частоты, км/с;

1 — .погонная индуктивность линии, Гн/км;

Lp — индукгивность линейного реэкторэ, Гн.

Указанный способ позволяет достоверно определить расстояние до места повреждения в случае, если нэ линии ППТ отсутствуют устройства фильтрации высших гармонических составляющих нэпря50 токе, определении периода (Т) затухающих колебаний напряжения KAK сродно о значения нескольких подряд взятых периодоп этих колебаний, вычисленных по моментам переходов через нуль напряжения и расчета не основе величины периода и скорости распространения волньг в линии V расстояния до места повреждения по формуле чт

Недостатком способа при использовании его для ОМП не линии ПГ1Т большой длины является значительная погрешность, ° вызванная тем, что на процесс разряда линии постоянного тока при повреждении ее изоляции или грозовом перекрытии с коротким замыканием влияют наличие параллельного контура "преобразооатели— линейный реактор", а также работа регулирующих устройств и процессы в линии второй неаварийной полуцепи и в тросах.

Указанные обстоятельства приводят к искажению формы напряжения аварийной полуцепи по сравнению со случаем гармонических затухающих колебаний. В аварийном напряжении появляются смеще-. ния моментов перехода через нуль, неодинаковые от периода по величину и знаку, что, как следствие, приводит к неправильному определению длительности периода затухающих колебаний и снижает надежность

ОМП на линии.

Прототипом предлагаемого технического решения является способ ОМП нэ линии

ППТ высокого напряжения, заключающийся в регистрации формы кривой линейного напряжения поврежденного полюса передачи, выделении из нее информативной части аварийной составляющей. определении частоты fo с наибольшей амплитудой напряжения, соответствующей колебательному процессу разряда линии через место повреждения, и определения расстояния по формуле

45 жония, примерно на ППТ "Волгоград-Донбасс", "Экибастуэ=Центр", Недостатком этого способе является малая достоверность при ОМП не линиях постоянного токе, к полюсам которых под. ключены фильтры высших гармоник, представляющие собой устройства, состоящие иэ резличных комбинаций L, R, С-ветвей, При коротком замыкании не линии ППТ фильтры, участвующие в колебательном процессе разряда линии.через место короткого замыкания на землю, влияют на характеристики кривой аварийного напряжения на полюсах линии. Это влияние зависит от конкретных параметров используемых на линии фильтров. Поскольку эа рубежом большинство электропередач постоянного тока снабжены фильтрами высших гармоник на стороне постоянного тока, в проектируемых в СССР передачах тоже предусматриваются фильтры, задача их уче-. та при ОМП является актуальной..

Целью изобретения является повышение достоверности определения расстояния до места повреждения.

Цель достигается в способе определения места повреждения при коротких замыканиях на линии электропередачи постоянного тока высокого напряжения, содержащей фильтры высших гармонических составляющих напряжения, заключающемся в регистрации формы кривой линейного напряжения поврежденного полюса передачи, выделении из нее информативной части аварийной составляющей, определении ее спектральной характеристики и выделении B ней частоты fo с наибольшей амплитудой, соответствующей колебательному процессу разряда линии через место повреждения, благодаря тому, что дополнительноно on редел я ют затухание а колебательного процесса для переходной составляющей частоты 4, и, учитывая величину эквивалентной индуктивности преобразователя Ln и параметры фильтров высших гармонических составляющих, определяют расстояние как вещественную часть величины:

2А где А=(> > + г С Р) Уф(P) — комп4Р 2 Н

Vo лексный коэффициент;

В (+ (Уф (Р) + Р1пУф(Р) комплексный коэффициент;

С = Y4 (P) — комплексный коэффициент:

1777104

20

30

55

Р =-o + )2л fo — оператор;

Уф = « - - — операторное выра () жение проводимости схемы замещения фильтров высших гармоник;

1 к - — скорость злектромегL. C нитной волны е кентуре "провод — земля" нз частоте fo, км/с;

Со, Lo, ro погонные параметры линии е контуре нпроводник — земля" на частоте fo;

L< — индуктивность цепи преобразователя;

In—

А2

А1 ао = — - — затухание колебательного еъ т процесса разряда линии:

А1, А2 — следующие друг за другом амплитуды переходной составляющей напрякквния;

ht — интервал времени между амплитудами А1 и А2

Сущность предлагаемого способа ОМП состоит в учете влияния на определяемое расстояние до места повреждения на линии параметров затухания переходного процесса и конкретной схемы используемых на подстанции на стороне постоянного тока фильтров высших гармоник напряжения, Осуществление способа ОМП с учетом названных факторов поясняется на фиг. 1, где предс1авлено устройство ОМП в схеме электропередачи постоянного тока, снабженной фильтрами высших гармонических составляющих напряжения, и на фиг. 2, где представлены кривая напряжения на поврежденном полюсе линии со стороны инвертора (2, а) и спектральная характеристика этой кривой (2, б), На фиг. 1 обозначены: 1 — преобразователь с трансформаторами, 2 — линейный реактор, 3 — фильтр высших гармоник, 4— линия постоянного тока (полюс), 5 — датчик напряжения (делитель), 6 — аналого-цифровой преобразователь (АЦП), 7 — оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), 8— последовательный интерфейс, 9 — блок выделения информативной части аварийной составляющей сигнала, 10 — постоянное запоминающее. устройство (ПЗУ), 11 — центральный процессор (ЦП), 12 — блок считывания из памяти, 13 — блок преобразования Фурье, 14 — дисплей, Y — сигнал релейной защиты линии.

При коротком замыкании на линии преобразователь с трансформаторами, линейным реактором и параллельно подключенными к полюсу линии нэ стороне. постоянноготокэ фильтрами высших гармоник образуют разрядные колебательные контуры, Преобразователь 1, реактор 2 и линия 4 постоянного тока соединены последовательно, фильтр высших гармоник 3 и делитель 5 соединены между собой и подключены одним выходом к общей точке соединения реактора 2 и линии 4, другим — к земле, третий выход делителя 5 подключен к аналого-цифровому преобразователю (АЦП) 6, выход которого подключен к блоку оперативного запоминающего устройства

7. выход которого соединен с блоком последовательного интерфейса 8. Блоки ОЗУ 7 последовательного интерфейса 8, выделения информативной составляющей части аварийной составляющей сигнала 9, ПЗУ 10, ЦП 11, считывания из памяти 12, преобразования Фурье 13, дисплей 14 объединены через шины адреса и управления в микропроцессорный вычислительный комплекс.

Разрядные колебания в линии, разомкнутой с одного конца и замкнутой на земле — с другого, эквивалентируются колебаниями в контуре из параллельно включенных емкости (Сл) и индуктивности (Ln), зависящими от частоты. При этом величины емкости Сп и индуктивности Lq определяются как

Сл= — Сс I л

Ln — LoI, где Со, Lo — погонные параметры линии в контуре провод — земля на частоте fo, определяемой как составляющая частоты гереходного процесса с наибольшей амплитудой;

1 — длина линии.

Для учета процесса затухания колебаний, определяемого в схеме электропередачи активными сопротивлениями, следует последовательно с индуктивностью L> в схеме эквивалентирования разряда линии учесть ее активное сопротивление. также зависящее от частоты: гл = l oI, где ro — погонное активное сопротивление линии в контуре провод — земля на частоте fo.

Проводимость полюса линии с параллельно соединенными преобразователями и фильтрами высших гармоник по фиг. 1, записанная в операторной форме, выглядит следующим образом:. зк .23.+.лет ущ- — е- Ртетр ° гк Рте

Известно, что переходная характеристика линейной схемы определяется корнями операторного напряжения для той части проводимости, которая входит в знаменатель

1777104 операторного изображения функции. В нашем случае числитель Y>(P) эквивалентной

t операторной проводимости является аналогом характеристического уравнения схемы.

В связи с этим найденное из спектральной характеристики значение частоты свободных колебаний во = 2 fo является частью корня уравнения Y>(P) = О. Поскольку коI рень этот имеет вид — ао +j йЪ, где ао — затухание составляющей частоты fo, то подстановка P = -re+ j и, позволяет из уравнения Y>(P) =- О найти длину коротко-! замкнутого участка линии. Действительно, запишем:

/э (P) = %ь (P) + PLnУФ (P)(ryg,+ P -л) +

- (1+ -„С,Р+ P CnLn)PI.Yg (P) =0 (3)

Подставив в (3) значения Сл. Ln, rn, получим после некоторых преобразований (—. + — гоСоР)Уф P)l +

4 ..Р 2 и(2

2 / 2 Л

+(+ — — )(Уф (P)+

Ln P Л Ln

+ РЕпУф (P)l + Уф(Р) =- 0 (4)

При значении P =-ао + )йЪ из (4) имеем квадратное уравнение относительно I с комплексными коэффициентами. Вещественная часть решения этого уравнения — В+

I—

2А дает искомую длину короткозамкнутого участка линии, Устройство, реализующее предлагаемый способ 0Mll, работает следующим образом.

Сигнал, пропорциональный напряжению,на полюсе линии 4, снимаемый с делителя 5, подается на вход АЦП 6, с выхода которого поступает в ОЗУ 7. Объем памяти

ОЗУ позволяет хранить информацию о напряжении на линии в течение времени, равном запаздыванию сигнала релейной защиты (Y) относительно момента возникновения короткого замыкания на линии.

В случае аварии на линии сигнал (Y) релейной защиты поступает через последовательный интерфейс 8 в блок 9 выделения информативной части аварийной составляющей сигнала. В соответствии с программой работы блок 9 прерывает считывание с

АЦП 6 и производит выделение информативной части аварийной составляющей сигнала, передачу управления в ПЗУ 10, дальнейший расчет спектральной характеристики сигнала с помощью блока преобразования Фурье 13 и выявления в ней частотной составляющей а = 2 fob аналогично способу по прототипу. После чего производится с помощью блока 10 ПЗУ

10 определение затухания ао сигнала. Затем

ПЗУ с помощью блока считывания иэ памяти

12 выявляет соответствующие частоте fp табулированные значения скорости распространения волновой составляющей. погонные линейные параметры Lp, Cp, го и по формуле (1) вычисляют расстояние до места повреждения. Вычисления производятся с помощью центрального процессора 11, реэул ьтат вы водится на диспл ей.

Предлагаемый способ ОМП прошел проверку на цифровой модели линии электропередачи постоянного тока длиной 840 км напряжением 600 кВ и мощностью

15 3000 МВт, смоделированной 30 ячейками, и снабженной фильтром 12-й гармоники.

Фильтр состоит из последовательно соединенных элементов Сф = 2,5 мкФ, 1 ф = 0,0283

Гн, гф = 0.50 м. Эквивалентная индуктив20 ность преобразователя = 0,27 Гн.

При к.э. в серединелинии получена кривая напряжения на поврежденном полюсе линии со стороны инвертора приведена на фиг. 2а, а ее спектральная характеристика, приведенная на фиг. 2б, имеет максимум на частоте fp = 174 Гц (в = 1093 рад/с). Погонные параметры линии для частоты fo =

=174 Гц составляют Со = 0,0087 мкФ/км, L<> = 1,5 10 з Гн/км, гр = 0,12 Ом/км. Зату30 хание для кривой. аварийного напряжения на фиг. 2. определенное по формуле ao =

1 А2

In —, составило ао = -94 рад/с, at А1

Подставив в (1) P = -94 + ) 1093. получим

35 I = 422 -/ 66 км. Поскольку вещественная часть 1 определяет искомую длину короткозамкнутого участка линии, которая в рассмотренном случае составляет 420 км, погрешность решения этого способа соста40 вит 0,5% от длины участка, Если в рассмотренном примере применить способ ОМП без учета затухания, т.е, при гр = О, гф = О, во = О. то при подстановке Р = 0+ J 1093 в формулу (1) получим I = 432 км, т.е. погреш45 ность приблизительно равна 3%.

Если определять расстояние по формуле, приведенной в прототипе, т.е. не учитывать параметры фильтров и затухание колебательного процесса, то погрешность

50 составит примерно 80% (hi =80%), а именно:

Уо L + q 4 2+ 2 2 2 2

1 6 г 1 р f o

=766 км.

При этом vo = — 276,8 км/с. Lð = Lä

= 0,27 Гн, fî = 1741 ц.

1777104

Иэ изложенного видно, что применение предлагаемого технического решения по. эволяет значительно повысить достовер ность результата ОМП по сравнению с прототипом, причем учет конкретной схемы 5 фильтров высших гармоник и затухания переходной составляющей напряжения является существенным для достижения цели, Сужение района поиска места повреждения линии, т.е, трудозатрат линейных 10 бригад и простоя электропередачи постоянного тока, дают значительный экономический эффект. Так. в приведенном примере район поиска составляет +0,5 ф. т,е. +2 км, по сравнению с практически всей длиной 15 линии в случае применения способа ОМП по прототипу.. мФормула изобретения

Способ определения места поврежде- 20 ния при корогких замыканиях на линии электропередачи постоянного тока высокоr0 напряжения, содержащей фильтры высших гармонических составляющих напряжения, заключающийся в регистра- 25 ции формы кривой линейного напряжения поврежденного полюса передачи, выделении из нее информативной части аварийной составляющей сигнала, определении спектральной характеристики этой составляю- 30 щей и выделении в ней частоты fo c наибольшей амплитудой, соответствующей колебательному процессу разряда линии через место повреждения. о т л и ч а ю щ и йс я тем. что дополнительно определяют эа- 35 тухание а, колебательного процесса для переходной согтавляющей частоты fo, и, учитывая величину эквивалентной индуктивности преобразователя L> и параметры фильтров высших гармонических составляющих, определяют расстояние квк вещественную часть величины

-В+

2А где А - (— à — Г+ — roCoP)Yy (Р) - комп4Р 2 II

Vo лвксный коэффициент, В - г + <(V<"(P)+ Р1,Чф (P)— комплексный коэффициент;

С Уф(Р) — комплексный коэффициент;

P --ао+ )2л fo оператор;

Y P .Уф - . — операторное выраЧф Р жение проводимости схемы замещения фильтров высших гармоник:

vo - — скорость электромэг и С нитной волны в угонтуре провод-земле нв частоте fo, км/с;

Co, Lo, ro — погонные параметры линии в контуре провод-земля на частоте fo;

А2

In—

А1

Щ) = т — затухание колебательного процесса разряда линии;

Lo — индуктивность цепи преобразователя;

А1, А2 — следующие друг за другом амплитуды переходной составляющей напряжения;

ht — интервал времени между амплитудами А1 и А2.

1777104 а)

- оо

Составитель К. Герцик

Редактор О. Стенина Техред М.Моргентал Корректор О. Густи

Заказ 4121 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, К-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул.Гагарина, 101