Способ определения места повреждения при коротких замыканиях в линиях нейтрали, соединяющих преобразовательные подстанции электропередачи постоянного тока

Авторы патента:

Мазуров Михаил Иванович (RU)

Иванова Елена Алексеевна (RU)

G01R31/08 - определение местоположения повреждений в кабелях, линиях передачи энергии или в сетях (схемы защиты электрических линий, машин и приборов H02H)

Владельцы патента RU 2494409:

Открытое акционерное общество "Федеральная сетевая компания Единой энергетической системы" (ОАО "ФСК ЕЭС") (RU)
Открытое акционерное общество "Научно-технический центр Единой энергетической системы" (ОАО "НТЦ ЕЭС") (RU)

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для определения места повреждения (ОМП) в линиях нейтралей, соединяющих средние точки преобразовательных подстанций электропередач постоянного тока (ППТ) высокого напряжения. Технический результат: повышение достоверности дистанционного определения места повреждения в линиях нейтральных проводов ППТ при коротких замыканиях на землю. Сущность: фиксируют по концам каждой линии нейтрали (11, 12) текущие мгновенные значения аварийных токов, выделяют в них постоянные составляющие и вычисляют расстояние до места повреждения по соотношению активных сопротивлений участков нейтрального провода согласно формуле:

$l_{x} = \frac{r_{1} \cdot i_{11} - r_{2} \cdot i_{21}}{r_{0} \cdot (i_{22} - i_{21})}$

где r₁ - активное сопротивление неповрежденного нейтрального провода, r₂ - активное сопротивление поврежденного нейтрального провода, r₀ - погонное активное сопротивление нейтральных проводов, r₁₁ - постоянная составляющая тока в начале неповрежденного нейтрального провода, r₂₁ - постоянная составляющая тока в начале поврежденного нейтрального провода, r₂₂ - постоянная составляющая тока в конце поврежденного нейтрального провода. 4 ил.

Область техники

Уровень техники

В последнее время из-за ужесточения нормирования длительности протекания постоянного тока несимметрии ППТ по земле, связанного с необходимостью защиты от коррозии подземных (подводных) трубопроводов, в схемах ППТ применяют так называемый металлический возврат постоянного тока.

Для этого «средние» точки преобразовательных подстанций биполярных ППТ соединяют воздушными линиями (нейтраль), с проводами, обычно подвешенными на тех же опорах, на которых подвешиваются провода полюсов линии. Причем, для повышения надежности передачи используют две параллельные линии, так, как это сделано, например, на ППТ Kii Channel [1] (см. фиг.1).

В схеме ППТ с двумя параллельными воздушными линиями в нейтралях возможны грозовые перекрытия изоляции этих линий, сопровождающиеся ответвлением постоянного тока несимметрии нагрузок полюсов ППТ в землю с замыканием ответвившегося тока через заземление преобразовательной подстанции (см. фиг.2). Опасность такого процесса связана с возможностью длительного горения дуги постоянного тока и повреждением изоляции и проводов.

Релейная защита линии постоянного тока должна при этом подавать сигнал на коммутационные аппараты, установленные в линиях нейтралей для отключения поврежденного провода. После чего требуется определить место повреждения на нейтралях.

Известен способ определения замыкания на землю в параллельных проводах [2], однако он требует применения постороннего источника питания и сложных перекоммутаций проводов.

Известен также способ [3], принятый нами за прототип, в котором определение места повреждения на параллельных связях переменного тока производят путем определения разности тока каждой фазы, полученного с одного конца линии и тока этой же фазы, полученного с другого конца, сравнения этой разности с уставкой и определения поврежденной фазы и места повреждения.

Недостатком способа [3] при применении его на линиях нейтралей ППТ является низкая достоверность определения места повреждения. Связано это с другим характером распределения токов в линиях нейтралей ППТ и с влиянием переходного сопротивления в месте к.з., поскольку величина этого сопротивления неизвестна.

Раскрытие изобретения

Целью изобретения является повышение достоверности дистанционного определения места повреждения в линиях нейтральных проводов ППТ при коротких замыканиях на землю.

Указанная цель достигается фиксацией текущих мгновенных значений токов по концам участков нейтралей ППТ, выделением в них постоянных составляющих и вычислением расстояния до места повреждения с учетом активных сопротивлений проводов нейтрали.

Сущность заявляемого способа состоит в том, что для определения места повреждения, вызванного коротким замыканием на землю, нейтрального провода учитывается распределение токов в линиях нейтралей ППТ по соотношению активных сопротивлений участков нейтрального провода и определяется расстояние до места повреждения на основе учета погонных активных сопротивлений нейтральных проводов.

Для реализации заявляемой сущности изобретения после появления постоянного тока в заземляющем проводе средней точки преобразовательной подстанции, фиксируют текущие мгновенные значения аварийных токов по концам каждого нейтрального провода, выделяют в них постоянные составляющие и вычисляют расстояние до места повреждения с учетом активных сопротивлений проводов нейтралей по формуле (I):

$l_{x} = \frac{r_{1} \cdot i_{11} - r_{2} \cdot i_{21}}{r_{0} \cdot (i_{22} - i_{21})}, (1)$

где r₁ - активное сопротивление неповрежденного нейтрального провода,

r₂ - активное сопротивление поврежденного нейтрального провода,

r₀ - погонное активное сопротивление нейтральных проводов,

i₁₁ - постоянная составляющая тока в начале неповрежденного нейтрального провода,

i₂₁ - постоянная составляющая тока в начале поврежденного нейтрального провода,

i₂₂ - постоянная составляющая тока в конце поврежденного нейтрального провода.

Осуществление изобретения

Сущность заявляемого изобретения поясняется фигурами 2, 3, 4.

На фиг.2 изображена схема биполярной передачи постоянного тока высоковольтной воздушной линии (ВЛ) с двумя нейтральными линиями. На схеме приведены преобразователи 1-4 полуцепей ППТ, линейные реакторы 5-8, полюсные провода 9, 10 ВЛ, провода нейтралей 11, 12, трансформаторы тока 13-16 в линиях нейтралей по концам, датчик 17 тока в цепи заземления 18 средней точки одной из преобразовательных подстанций, датчик 19 напряжения нейтрали.

При коротком замыкании на одном из нейтральных проводов часть тока линии нейтрали, например 12, ответвляется и через заземление 20 опоры и заземление 18 средней точки преобразовательной подстанции возвращается в схему нейтралей ППТ.

На фиг.3 изображены микропроцессорные блоки обработки сигналов аварийного процесса 21-24. При аварии появляется постоянный ток в заземлении 18 нейтрали, который с датчика 17 поступает на вход блока 21 предварительной обработки сигнала i₃. В блоке 21 анализируют ток i₃ и, при превышении им заданного уровня, подают сигнал на запуск блока 22 обработки сигналов i₁₁, i₁₂, i₂₁, i₂₂ в течение заданного времени Т. Полученные в блоке 22 значения постоянных составляющих токов i₁₁, i₁₂, i₂₁, i₂₂ передаются в блок 23 вычисления расстояния до места повреждения, результат вычисления выводится на экран (табло) 24. Последовательность действий контролируется процессором 25.

В качестве примера реализации способа приводим осциллограммы, полученные на цифровой модели проектируемой ППТ ЛАЭС-2 - ПС Выборгская, в которой предполагается использовать описанную выше схему линий нейтрали (фиг.4).

Цифровая модель ППТ ЛАЭС-2 - ПС Выборгская (в среде ЕМТР) отражает линию постоянного тока с 12-фазными преобразователями по схеме фиг.2. При к.з. на расстоянии 50 км от инверторной ПС осциллограммы токов линии нейтрали соответствуют приведенным на фиг.4.

Постоянные составляющие токов, определенные расчетом составили:

i₁₁=-882,1 A, i₁₂=-882,1 A, i₂₁=-916,3 А, i₂₂=-833 А, i₃=83 А.

Расчет расстояния до места к.з. с учетом параметров проводов нейтрали приводит к результату: l_x=50,2 км

Источники информации

1. Hasegawa Т. et.al. «System design of the Kii Channel HVDC link», CIGRE, 14-103, 1996

2. «Method for detecting ground-fault point in trolley power transmission line», JP 2000284016 (A), 2000

3. «Method and device for locating fault point», JP 3107776 (A), 1991

Способ определения места повреждения на параллельных линиях нейтрали электропередачи постоянного тока, соединяющих средние точки преобразовательных подстанций, причем средняя точка одной из подстанций присоединена к защитному заземлению, заключающийся в том, что фиксируют по концам каждой линии нейтрали текущие мгновенные значения аварийных токов, выделяют в них постоянные составляющие и вычисляют расстояние до места повреждения по формуле
$l_{x} = \frac{r_{1} \cdot i_{11} - r_{2} \cdot i_{21}}{r_{0} \cdot (i_{22} - i_{21})},$
где r₁ - активное сопротивление неповрежденного нейтрального провода,
r₂ - активное сопротивление поврежденного нейтрального провода,
r₀ - погонное активное сопротивление нейтральных проводов,
i₁₁ - постоянная составляющая тока в начале неповрежденного нейтрального провода,
i₂₁ - постоянная составляющая тока в начале поврежденного нейтрального провода,
i₂₂ - постоянная составляющая тока в конце поврежденного нейтрального провода.

Изобретение относится к релейной защите и автоматике линий электропередачи и предназначено для случая, когда наблюдение сети производится с обеих сторон без синхронизации наблюдений.

Способ и устройство для определения замыкания фазы на землю // 2491563

Изобретение относится к определению замыкания фазы на землю в трехфазной электрической сети. .

Способ контроля изоляции кабельного изделия // 2491562

Изобретение относится к дефектоскопии изоляции кабельных изделий электроискровым методом неразрушающего контроля. .

Способ идентификации вида замыкания в линии электропередачи // 2489724

Устройство контроля обрыва кабеля // 2485532

Изобретение относится к электротехнике, к области кабельной передачи информации, может применяться для обнаружения обрыва кабеля, в частности, при использовании пакетной технологии передачи данных Ethernet без отключения устройств потребителей.

Способ определения места короткого замыкания на воздушной линии электропередачи по замерам с двух ее концов (варианты) // 2485531

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.

Способ аэродиагностики высоковольтной линии электропередачи // 2483314

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для диагностики и локации дефектов в изоляции линий электропередачи, дефектов монтажа фазных проводов и арматуры, набросов на провода и т.д.

Способ и устройство для определения местоположения повреждений линии передачи с продольной компенсацией // 2480777

Способ определения расстояния до места повреждения на линии электропередачи // 2475768

Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики и может быть использовано для определения места повреждения в трехфазной линии электропередачи (ЛЭП) высокого и сверхвысокого напряжения, Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое техническое решение, является повышение чувствительности и точности определения места повреждения на ЛЭП за счет более точного выделения фронта аварийного переходного процесса из совокупности помех, подчиняющихся нормальному закону распределения.

Способ определения местоположения источника блуждающего тока // 2473098

Изобретение относится к области защиты подземных металлических сооружений от коррозии блуждающими токами и может быть использовано в нефтяной и газовой отраслях промышленности для определения наличия и местоположения источника блуждающих токов.

Способ определения места повреждения при коротких замыканиях на линии электропередачи переменного тока // 2498330

Использование: в электроэнергетике для определения места короткого замыкания на линии электропередачи переменного тока. Технический результат: повышение достоверности определения расстояния до места повреждения в линии электропередачи. Сущность: способ заключается в регистрации формы кривых напряжения и тока в течение процесса отключения поврежденной фазы линии выключателями, выделении из зарегистрированной формы тока фазы линии момента прерывания аварийного тока, выделении из зарегистрированной формы фазного напряжения свободной составляющей разряда короткозамкнутого участка линии, анализе спектральной характеристики указанной свободной составляющей, определении затухания огибающей свободной составляющей напряжения, выделении в спектральной составляющей частоты f0 с наибольшей амплитудой напряжения, определении предварительного значения длины короткозамкнутого участка с учетом погонных параметров линии для частоты f0, определении значения переходного сопротивления в месте короткого замыкания и определении расстояния до места повреждения на линии как вещественной части величины, рассчитанной по формуле: где A, B, C - комплексные коэффициенты, зависящие от погонных параметров линии и оператора вида p=-αизм+j·2·π·f0. 3 ил.

Способ определения дальности до однофазного замыкания на землю в линиях электропередачи // 2498331

Изобретение относится к электротехнике и электроэнергетике и может быть использовано в устройствах защиты для определения дальности до места однофазного замыкания на землю (ОЗЗ) в трехфазных распределительных сетях среднего класса напряжений с изолированной, компенсированной или заземленной через резистор нейтралью. Сущность: в сетях среднего напряжения при возникновении ОЗЗ возникает переходный процесс разряда емкости поврежденной фазы на землю. Расстояние от шин, питающих линию электропередачи, до места однофазного замыкания на землю определяют по суммарной емкости нулевой последовательности всех линий, подключенных к шинам, по значению мгновенного напряжения на поврежденной фазе в момент возникновения однофазного замыкания на землю, по погонному индуктивному сопротивлению нулевой последовательности линии электропередачи, на которой возникло однофазное замыкание на землю, по скорости нарастания напряжения нулевой последовательности после возникновения однофазного замыкания на землю. Технический результат: повышение точности. 2 ил.

Способ определения дальности до однофазного замыкания на землю в линиях электропередачи // 2499998

Изобретение относится к электротехнике и электроэнергетике и может быть использовано в устройствах защиты для определения дальности до места однофазного замыкания на землю (ОЗЗ) в трехфазных распределительных сетях среднего класса напряжений с изолированной, компенсированной или заземленной через резистор нейтралью. Сущность: измеряют максимальную амплитуду тока нулевой последовательности I0, max на поврежденной линии после возникновения однофазного замыкания на землю. Определяют расстояние до однофазного замыкания на землю по значению мгновенного напряжения Uc на поврежденной фазе в момент возникновения однофазного замыкания на землю, по суммарной емкости С0 нулевой последовательности всех линий, подключенных к шинам, по максимальной амплитуде тока нулевой последовательности I0, max на поврежденной линии после возникновения однофазного замыкания на землю и по погонному индуктивному сопротивлению Lпогонное нулевой последовательности линии электропередачи, на которой возникло однофазное замыкание на землю, в соответствии с выражением Д=Uc2*C0/(I0, max2*Lпогонное). 2 ил.

Способ определения места короткого замыкания на воздушной линии электропередачи по массивам мгновенных значений токов и напряжений // 2504792

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для определения места короткого замыкания на воздушной линии электропередачи. Сущность: измеряют массивы мгновенных значений сигналов напряжений и токов трех фаз в начале и в конце линии для одних и тех же моментов времени. Передают сигналы с конца линии в ее начало по каналу связи. Сохраняют пары цифровых отсчетов как текущие. Осуществляют сдвиг сигналов фазы B на угол 120 градусов и фазы C на угол 240 градусов. Далее одновременно определяют массивы мгновенных значений симметричных составляющих напряжений и токов в начале и конце линии и их векторные значения UA1,1, IA1,1, UA1,2, IA1,2. Затем определяют расстояние до места короткого замыкания l1 из выражения: , где γ0=a0+jβ0 - коэффициент распространения электромагнитной волны, a0 - коэффициент затухания электромагнитной волны, β0 - коэффициент изменения фазы электромагнитной волны, ZB - волновое сопротивление линии, l - длина линии. Технический результат: повышение точности определения места повреждения. 7 табл., 2 ил.

Способ определения мест двойного замыкания многопроводной электрической сети // 2505825

Изобретение относится к релейной защите и автоматике электрических систем. Сущность: контролируемая сеть наблюдается на обеих сторонах. Наблюдения синхронизированы, происходит обмен информацией между концевыми подстанциями. Используется модель контролируемой сети с тремя участками. Модель задает операции преобразования наблюдаемых токов и напряжений. Первые два участка преобразуют наблюдаемые сигналы в напряжения двух разных предполагаемых повреждений, а также в токи, подводимые к этим местам от концевых подстанций. Третий участок преобразует указанные напряжения в два других тока, протекающих за местами повреждений. Пары токов преобразуются в дифференциальные токи первого и второго мест повреждения. По напряжениям и токам каждого предполагаемого повреждения определяют их реактивные и активные мощности. Фиксируют координаты обоих мест повреждения, если обе реактивные мощности переходят через нулевые значения, а обе активные мощности неотрицательны. Технический результат: расширение функциональных возможностей. 3 ил.

Способ определения места и характера повреждения многопроводной электрической сети // 2505826

Изобретение относится к электроэнергетике, конкретнее - к релейной защите и автоматике электрических систем. Сущность: определение места повреждения выполняется в два этапа. На первом этапе полагают, что повреждены все провода. Определяют место повреждения по токам и напряжениям всех проводов до и после мест предполагаемых повреждений. Определяют для каждого провода сигнал абсолютного значения разности модулей токов до и после обнаруженного на первом этапе места повреждения, сигнал абсолютного значения разности модулей напряжений до и после этого места, сдвиг фаз между напряжением и током каждого провода до этого места и сдвиг фаз между напряжением и током после этого места, сигнал абсолютного значения разности первого и второго сдвигов фаз. Сравнивают три упомянутых разностных сигнала каждого провода с соответствующими порогами. Подразделяют провода сети на неповрежденные и поврежденные, для чего относят к первым те провода, все три разностных сигнала которых не превысили своих порогов. На втором этапе определяют место повреждения по токам и напряжениям только вторых проводов до и после мест предполагаемых повреждений. Технический результат: повышение точности и расширение функциональных возможностей. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

Способ определения места короткого замыкания на воздушной линии электропередачи по замерам с двух ее концов (варианты) // 2505827

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для определения места короткого замыкания на воздушной линии электропередачи по несинхронизированным замерам с двух ее концов. Технический результат: повышение точности определении места повреждения. Сущность: измеряют с двух концов линии несинхронизированные по углам комплексные фазные токи и напряжения основной частоты в момент короткого замыкания. Определяют значения сопротивлений от первого конца линии до места повреждения и сопротивления от второго конца линии до места повреждения. Преобразуют фазные токи и напряжения в симметричные составляющие - комплексные токи и напряжения прямой, обратной и нулевой последовательностей. Определяют значение угла между напряжениями нулевой, обратной или прямой последовательности по концам линии или значение угла между фазными напряжениями по концам линии. Выполняют синхронизацию путем поворачивания векторов комплексных величин токов и напряжений на полученный угол. Определяют относительные расстояния от концов линии до места повреждения по соответствующим выражениям. 3 н.п. ф-лы, 2 ил.

Способ контроля и ремонта изоляции проводов // 2506601

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в кабельной промышленности для контроля и ремонта эмалевой изоляции проводов. Цель изобретения - увеличение точности контроля и протяженности дефектных участков в изоляции провода, а также создание возможности ремонта дефектных участков эмалевой изоляции проводов путем несения эмали на место обнаруженного дефекта при непрерывно перемещающемся проводе. Заявляемый способ заключается в подаче высокого напряжения на коронирующий датчик-электрод, протягивании контролируемого провода через коронирующий датчик-электрод и в формировании импульсов дефектов с коронирующего датчика-электрода, при этом дополнительно устанавливают на строго фиксированном расстоянии D от коронирующего датчика-электрода узел нанесения эмали. Затем при наличии дефекта формируют импульс протяженности дефекта, длительность которого Ti равняется времени прохождения дефекта в зоне действия коронирующего датчика-электрода. Передний фронт упомянутого импульса формируется по первому импульсу коронного разряда с дефекта, а задний фронт импульса формируется с задержкой после последнего импульса коронного разряда с дефекта на время где tз - время задержки; lк - среднеквадратическое значение длины контролируемого участка провода с момента погасания до момента зажигания коронного разряда в зонах его нестабильности горения при подходе к датчику-электроду и выходу из него дефектного участка изоляции; σ - среднеквадратичное отклонение lк от среднего значения; V - скорость движения контролируемого провода. После формирования переднего импульса дефекта через время t2=(D-VТд)/V, где Тд - время от открытия электромагнитного клапана узла нанесения эмали до попадания струи эмали из узла нанесения эмали на поверхность дефекта, расширяют импульс дефекта до величины Тр=Ti+Тд. По переднему фронту этого импульса открывают в момент времени t2 в узле нанесения эмали электромагнитный затвор и формируют электростатически заряженную струю эмали путем пропускания ее вдоль поверхности высоковольтного электрода, на который в момент времени t2 открытия электромагнитного затвора одновременно подают постоянный высоковольтный потенциал относительно заземленной жилы провода, величина которого лежит в диапазоне 2-5 кВ. Сформированную струю электростатически заряженной жидкой эмали подают на дефектный участок в течение времени Ti, затем по заднему фронту расширенного импульса отключают высоковольтный потенциал с высоковольтного электрода и закрывают электромагнитный затвор в узле нанесения эмали. После этого снимают излишки эмали, нанесенной на дефектный участок эмальизоляции, путем пропускания упомянутого участка с нанесенной на него жидкой эмалью через калибр, внутренний диаметр которого соответствует диаметру изолированного провода. После снятия с дефектного участка излишков эмали дефектный участок с нанесенной на него жидкой эмалью подвергают запечке и сушке. Заявляемый способ контроля и ремонта изоляции проводов позволяет по сравнению со способом-прототипом значительно повысить точность контроля и способен производить не только контроль, но и процесс ремонта дефектных участков эмалевой изоляции провода. 3 ил.

Способ контроля и ремонта изоляции проводов // 2506602

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в кабельной промышленности для контроля и ремонта эмалевой изоляции проводов. Сущность: провод протягивают через датчик дефектов и датчик скорости. При прохождении дефектного участка изоляции провода формируют импульс дефекта. Под движущимся проводом устанавливают узел для нанесения эмальизоляции на дефектный участок, выполненный в виде сосуда из электропроводного материала, корпус которого заземляют. Сосуд заполняют электрофоретическим составом. Над сосудом на расстоянии L1 от датчика дефектов устанавливают ролик. На расстояние L2 от ролика устанавливают подвижный элемент вертикального перемещения, на конце которого закреплена вилка с роликом, прижатым к поверхности контролируемого провода. Вилку с роликом закрепляют на высоте h от поверхности электрофоретического состава. За вилкой устанавливают калибр, диаметр которого соответствует диаметру контролируемого провода. Контролируемый провод протягивают через вилку с роликом и калибр. При обнаружении дефектного участка в изоляции провода задерживают сформированный импульс дефекта на время где V - скорость провода, tв - время вертикального перемещения провода на расстояние h+Δ, где Δ - глубина погружения провода в электрофоретический состав. По истечении времени tз по сформированному переднему фронту импульса дефекта включается исполнительное устройство вертикального перемещения и дефектный участок погружают на глубину Δ в электрофоретический состав. После этого отводят элемент вертикального перемещения в исходное положение и по команде из блока управления, сформированной по заднему фронту импульса дефекта провод останавливают. Отключают исполнительное устройство вертикального перемещения, отключают от датчика дефектов питающее напряжение, отсоединяют жилу провода от земли, подключают к ней положительный потенциал регулируемого источника постоянного тока и включают источник постоянного регулируемого тока. При этом величину положительного потенциала источника постоянного регулируемого тока изменяют до тех пор, пока значение тока анафореза не достигнет заданной величины. При этом токе осаждают пленку эмали на дефектный участок изоляции провода. Затем отключают от жилы провода источник постоянного регулируемого тока и выключают его. Жилу провода вновь заземляют. Подключают питающее напряжение к датчику дефектов. Включают узел запечки эмали и провод вновь приводят в движение, протягивая дефектный участок с нанесенной на него слоем эмали через калибр и узел запечки эмали. Технический результат: повышение точности контроля, возможность ремонта дефектных участков эмалевой изоляции провода. 3 ил.

Способ определения места короткого замыкания на воздушной линии электропередачи при несинхронизированных замерах с двух ее концов // 2508556

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для определения места короткого замыкания на линиях электропередачи по несинхронизированным замерам с двух концов линии мгновенных значений токов и напряжений. Технический результат: повышение точности определении места повреждения. Технический результат достигается за счет точной синхронизации измеренных величин токов и напряжений по концам линии, не синхронизированных по времени при измерении. Синхронизация выполняется путем совмещения осциллограмм с двух концов линии по срезу начала короткого замыкания. 3 ил.