Способ определения места однофазного замыкания фидера на землю



Способ определения места однофазного замыкания фидера на землю
Способ определения места однофазного замыкания фидера на землю
Способ определения места однофазного замыкания фидера на землю
Способ определения места однофазного замыкания фидера на землю
Способ определения места однофазного замыкания фидера на землю
Способ определения места однофазного замыкания фидера на землю
Способ определения места однофазного замыкания фидера на землю
Способ определения места однофазного замыкания фидера на землю
Способ определения места однофазного замыкания фидера на землю
Способ определения места однофазного замыкания фидера на землю
Способ определения места однофазного замыкания фидера на землю

 


Владельцы патента RU 2542745:

Общество с ограниченной ответственностью "Исследовательский центр "Бреслер" (RU)

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - повышение точности. Согласно способу составляют модели двух частей фидера, первой - от места наблюдения до места предполагаемого замыкания и второй - от места предполагаемого замыкания до конца фидера, первую часть фидера моделируют по прямой и по нулевой последовательности, а вторую - только по нулевой последовательности, преобразуют в модели прямой последовательности безнулевые составляющие зафиксированных тока и напряжения поврежденной фазы в безнулевую составляющую напряжения поврежденной фазы в месте предполагаемого замыкания, преобразуют в модели нулевой последовательности первой части фидера нулевые составляющие зафиксированных токов и напряжений в напряжение нулевой последовательности в месте предполагаемого замыкания и в ток нулевой последовательности до этого места, суммируют два упомянутых напряжения, формируя напряжение поврежденной фазы в месте предполагаемого замыкания, подают напряжение нулевой последовательности в месте предполагаемого замыкания на вход модели нулевой последовательности второй части фидера и фиксируют ток на ее входе, который вычитают из тока нулевой последовательности до этого места, формируя ток предполагаемого замыкания, перемножают напряжение и ток в месте предполагаемого замыкания, формируя сигнал мгновенной мощности предполагаемого места замыкания, определяют знак этого сигнала и фиксируют реальное замыкание в том месте, где упомянутый сигнал в процессе своего изменения остается неотрицательным. 10 ил.

 

Изобретение относится к электроэнергетике, а именно к релейной защите и автоматике распределительных сетей. Это сети, работающие, как правило, с изолированной или компенсированной нейтралью и характеризующиеся поэтому малым уровнем тока замыкания на землю.

Задача определения места повреждения линии электропередачи высокого и сверхвысокого напряжения, где применяется глухое заземление нейтрали и благодаря этому при замыкании на землю возникают большие токи, имеет общее решение. Наиболее общий способ определения места повреждения основан на применении моделей контролируемых объектов [1, 2]. Он разработан для высоковольтных сетей и оперирует токами и напряжениями установившегося процесса короткого замыкания. Именно это обстоятельство препятствует его применению в распределительных сетях, где установившийся ток замыкания на землю может быть сколь угодно малым, хотя в начальной стадии замыкания, пока не произошло затухания переходного процесса, уровень тока достаточно высок.

В упомянутых способах принципиально важную роль, помимо моделей, играют критерии замыкания, которые исходят из принципа резистивности замыкания, говорящего о том, что в месте замыкания энергия либо только потребляется, либо равна нулю [3]. Если электрические величины изменяются по синусоидальному закону, то критерий замыкания сводится к контролю реактивной мощности предполагаемого повреждения: в месте реального замыкания она равна нулю.

Известен способ определения места замыкания линии электропередачи, в котором критерий замыкания обобщается с таким расчетом, чтобы он стал пригоден для сетей с любым режимом заземления нейтрали [4]. В этом способе на входе линии (фидера) регистрируются, т.е. наблюдаются и фиксируются, фазные токи и напряжения, а также ток и напряжение нулевой последовательности. В микропроцессорных терминалах релейной защиты считываются и запоминаются отсчеты электрических величин. Модель фидера строится в расчете на обработку аналоговых величин, в связи с чем отсчеты зафиксированных величин подвергаются цифроаналоговому преобразованию. Поврежденная фаза фидера легко выявляется по снижению уровня фазного напряжения, что не требует применения моделей фидера. Применение моделей относится к задаче локации, т.е. поиску места замыкания. Модели для составляющих нулевой последовательности и безнулевых составляющих, которые получаются после устранения из фазных величин нулевой последовательности, имеют разные параметры и, возможно, различные структуры. По указанной причине из фазных аналоговых величин перед преобразованием в моделях вычитаются составляющие нулевой последовательности.

В обсуждаемом способе подготовка сигналов к преобразованию в моделях завершается, тем не менее, фильтрацией составляющих основной частоты, что в конечном счете сводит на нет все усилия повысить точность локации в распределительных сетях. Важно заметить, что к переходным режимам понятие реактивной мощности неприменимо, что вынуждает искать новые критерии замыкания в распределительных сетях.

Цель изобретения заключается в повышении точности определения места замыкания за счет кардинального изменения критерия повреждения и введению таких операций обработки наблюдаемых напряжений и токов, которые инвариантны к их форме, т.е. сохраняют эффективность не только в установившемся режиме замыкания в сети. Поставленная цель достигается тем, что новый способ основывается на усовершенствованном критерии повреждения и на более гибком подходе к моделированию фидера. В качестве критерия повреждения предлагается принять положение о том, что в месте повреждения не может происходить генерирования мгновенной мощности. Как и в прототипе, используется понятие о месте предполагаемого замыкания. В качестве такового может быть принята любая точка фидера, но предположение нуждается в подтверждении. Предлагается применять не одну общую модель фидера, а автономные модели двух его частей. Первая часть - та, что идет от места наблюдения до места предполагаемого замыкания. Вторая - от места предполагаемого замыкания до конца фидера. Для первой части составляют модели как по прямой, так и по нулевой последовательности. В модели прямой последовательности преобразуют безнулевые составляющие тока и напряжения поврежденной фазы. На выходе получают безнулевую составляющую напряжения поврежденной фазы в месте предполагаемого замыкания. Аналогично в модели нулевой последовательности первой части фидера преобразуют нулевые составляющие зафиксированных токов и напряжений в напряжение нулевой последовательности в месте предполагаемого замыкания. Располагая в этом месте безнулевой составляющей и напряжением нулевой последовательности, получают путем их суммирования напряжение поврежденной фазы в месте предполагаемого замыкания. В некоторых случаях, например, при металлическом замыкании, по величине напряжения в разных местах предполагаемого замыкания можно судить о том, где реально произошло замыкание. Однако этот критерий не носит всеобщего характера и может использоваться только для прогнозирования наиболее вероятного участка фидера, где случилось замыкание. Предлагаемый способ предназначен для более точного определения места замыкания. Последующая операция имеет целью определение еще и тока в месте предполагаемого замыкания. Здесь учитывается то существенное обстоятельство, что по нулевой последовательности фидер, работающий в режиме с изолированной нейтралью, находится в режиме холостого хода. Чтобы определить ток нулевой последовательности на входе второй части поврежденного фидера, напряжение нулевой последовательности в месте предполагаемого замыкания подают на вход модели нулевой последовательности и фиксируют ток на ее входе. Остающиеся операции реализуют принятый в данном способе предельно общий критерий замыкания. Определенный последним ток на входе модели второй части фидера вычитают из ранее определенного тока нулевой последовательности до места предполагаемого замыкания. Известно, что в месте однофазного замыкания на землю протекает от провода к земле ток, равный утроенному значению своей составляющей нулевой последовательности. Следовательно, найденный данным способом разностный ток нулевой последовательности при поиске места реального замыкания правомерно принять пропорциональным току предполагаемого повреждения. Перемножая напряжение и ток в месте предполагаемого замыкания, формируют сигнал мгновенной мощности предполагаемого замыкания и контролируют знак этого сигнала. В месте реального замыкания мгновенная мощность может только потребляться или, в крайнем случае, быть равной нулю, но ее генерация физически невозможна. Таким образом, реальное замыкание фиксируют в том месте, где сигнал мгновенной мощности в процессе своего изменения остается неотрицательным.

На фиг.1 показана схема контролируемого объекта - трехфазного фидера, в одной из фаз которого произошло замыкание на землю. На фиг.2 показана модель первой части фидера по нулевой последовательности, на фиг.3 - модель той же части фидера по прямой последовательности, на фиг.4 - модель второй части фидера по нулевой последовательности; фиг.5 служит иллюстрацией операции формирования напряжения поврежденной фазы в месте предполагаемого замыкания, фиг.6 иллюстрирует операцию формирования сигнала мгновенной мощности предполагаемого замыкания, а фиг.7 - операцию контроля знака этого сигнала во всех местах предполагаемого замыкания на протяжении всего интервала наблюдения процесса замыкания в распределительной сети.

На фиг.8, 9 и 10 приведены конкретные примеры тех моделей частей фидера, которые показаны в общем виде на фиг.2, 3 и 4. В моделях первой части фидера (фиг.8, 9) потери учитываются двумя сосредоточенными сопротивлениями на концах участка фидера с распределенными емкостью и индуктивностью. А в модели второй части фидера потери учтены тремя сосредоточенными сопротивлениями, что продиктовано технической необходимостью, так как вторая часть находится в режиме холостого хода.

Рассматривается фидер длиной l, в фазе A которого произошло замыкание на землю. Предлагаемый способ решает задачу определения координаты места замыкания xf. На входе фидера наблюдаются токи ivs и напряжения uvs, v=A, B, C. Фидер можно условно разделить на две части 1 и 2 - до и после места предполагаемого замыкания. Нагрузка фидера 3 в предполагаемом способе роли не играет, так как не имеет связи с землей. На фиг.1 использованы также следующие обозначения: uAf - напряжение поврежденной фазы в месте замыкания, iAf=3i0f - ток замыкания на землю, i0g и i0h - токи нулевой последовательности до и после места замыкания. Все величины в месте xf, показанные на фиг.1, неизвестны; они всего лишь поясняют дальнейшие обозначения.

Обозначение x ^ f относится к месту предполагаемого замыкания и в общем случае не совпадает с xf. Модели 4 и 5 также принадлежат первой части фидера, но не части 1, так как длины этих первых частей разные: часть фидера 1 простирается до фиксированного места xf, а модели 4 и 5 - до произвольного места xf. Точно так же модель 6 второй части фидера начинается в этом произвольном месте x ^ f , а реальная вторая часть 2 - в фиксированном, но неизвестном месте xf.

В операциях, иллюстрируемых фиг.5, 6, 7, задействованы сумматор 7, умножитель 8 и нуль-индикатор 9.

Действие предлагаемого способа заключается в следующем. Токи и напряжения ivs, uvs, v=A, B, C, регистрируемые в виде отсчетов с определенной частотой дискретизации, подвергаются цифроаналоговому преобразованию в непрерывные величины ivs(t), uvs(t), v=A, B, C. Из трехфазной системы величин выделяются составляющие нулевой последовательности

3 i 0 s ( t ) = i A s ( t ) + i B s ( t ) + i C s ( t ) ,

3 u 0 s ( t ) = u A s ( t ) + u B s ( t ) + u C s ( t ) ,

после чего определяются безнулевые составляющие

i v s ' ( t ) = i v s ( t ) i 0 s ( t ) ,

u v s ' ( t ) = u v s ( t ) u 0 s ( t ) .

Аналоговая модель 4 преобразует ток i0s(t) и напряжение u0s(t) в выходные величины i ^ 0 g ( t ) , i ^ 0 f ( t ) . Модель составляется для произвольного места предполагаемого повреждения x ^ f . Если модель выполнена в виде цепи с распределенными параметрами (фиг.8), то соответствующее преобразование имеет вид, вытекающий из разностных уравнений длинной линии [5], идеально точных для линии без потерь, а что касается потерь, то они учитываются приближенно сосредоточенными сопротивлениями. В модели по фиг.8 с двумя сопротивлениями выходные величины выражаются через входные, взятые как с опережением, так и с запаздыванием во времени

где R в 0 = L 0 0 / C 0 0 - волновое сопротивление фидера нулевой последовательности, τ 01 = x ^ f L 0 0 C 0 0 - время пробега волны нулевой последовательности вдоль первой части фидера, , b 01 = R в 0 R 0 0 x ^ f / 2 ; L 0 0 , C 0 0 , R 0 0 - первичные параметры фидера нулевой последовательности.

Модель 5 преобразует безнулевые составляющие тока и напряжения поврежденной фазы A в соответствующую выходную величину - безнулевую составляющую напряжения поврежденной фазы A в месте предполагаемого повреждения. Если модель имеет вид схемы по фиг 9, то

где R в = L 0 / C 0 - волновое сопротивление фидера прямой последовательности, τ 1 = x ^ f L 0 C 0 - время пробега волны прямой последовательности вдоль первой части фидера, , b 1 = R в R 0 x ^ f / 2 ; L 0 , C 0 , R 0 - первичные параметры фидера прямой последовательности.

Модель 6 второй части фидера функционирует принципиально иначе, чем модели первой части. На вход модели 6 подается напряжение u ^ 0 f ( t ) , определяемое, например, операцией (2), а реакцией, подлежащей определению, служит входной ток i ^ 0 h ( t ) . Модель 6, выполненная по схеме фиг.10, реализует операцию, в которой ток определяется значением приложенного напряжения в текущий момент времени и в два запаздывающих момента, а также собственными запаздывающими значениями

где , b 01 = R в 0 R 0 0 ( l x ^ f ) / 2 , τ 01 = ( l x ^ f ) L 0 0 C 0 0 - время пробега волны нулевой последовательности вдоль второй части фидера.

Сумматор 7 образует на выходе напряжение поврежденной фазы в месте x ^ f

u ^ A f ( t ) = u ^ 0 f ( t ) + u ^ A f ' ( t ) .

Слагаемые u ^ 0 f ( t ) и u ^ A f ' ( t ) могут быть сформированы операциями (2) и (3). Ток предполагаемого однофазного замыкания i ^ A f ( t ) образуется из двух токов нулевой последовательности i ^ 0 g ( t ) и i ^ 0 h ( t )

i ^ A f ( t ) = 3 ( i ^ 0 g ( t ) i ^ 0 h ( t ) ) ,

т.е. для его формирования достаточно операций (1) и (4). Наконец, умножитель 8 создает сигнал мгновенной мощности, поступающей в поперечную ветвь однофазного замыкания

p ^ f ( t ) = u ^ A f ( t ) i ^ A f ( t ) . ( 5 )

Нуль-индикатор 9 контролирует знак этого сигнала. Согласно физической природе замыкания в месте реального события знак сигнала (5) не должен быть отрицателен. Поскольку все места фидера проверяются этим условием, то x ^ f изменяется в пределах от начала до конца фидера ( x ^ f ( 0 , l ) ) , а время наблюдения сигнала (5) ограничивается временем прохождения интенсивного переходного процесса ( t ( t 0 , t к о н ) ) , но может быть продолжено и далее, если ток i ^ A f ( t ) сохраняет ощутимое значение.

Таким образом, предложенный способ опирается на предельно общие закономерности и не вносит собственной методической погрешности в определение координаты места замыкания фидера на землю.

Источники информации

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

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

3. Патент РФ №2066511, H02H 3/40, G01R 31/08, 1992.

4. Патент РФ №2073876, H02H 3/40, G01R 31/08, 1992.

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

Способ определения места однофазного замыкания фидера на землю с использованием его моделей по нулевой и прямой последовательности путем фиксации на входе фидера отсчетов фазных токов и напряжений, тока и напряжения нулевой последовательности, цифро-аналогового преобразования зафиксированных величин, выявления поврежденной фазы, определения безнулевых тока и напряжения этой фазы путем устранения из фазных величин нулевой последовательности, отличающийся тем, что составляют модели двух частей фидера, первой - от места наблюдения до места предполагаемого замыкания и второй - от места предполагаемого замыкания до конца фидера, первую часть фидера моделируют по прямой и по нулевой последовательности, а вторую - только по нулевой последовательности, преобразуют в модели прямой последовательности безнулевые составляющие зафиксированных тока и напряжения поврежденной фазы в безнулевую составляющую напряжения поврежденной фазы в месте предполагаемого замыкания, преобразуют в модели нулевой последовательности первой части фидера нулевые составляющие зафиксированных токов и напряжений в напряжение нулевой последовательности в месте предполагаемого замыкания и в ток нулевой последовательности до этого места, суммируют два упомянутых напряжения, формируя напряжение поврежденной фазы в месте предполагаемого замыкания, подают напряжение нулевой последовательности в месте предполагаемого замыкания на вход модели нулевой последовательности второй части фидера и фиксируют ток на ее входе, который вычитают из тока нулевой последовательности до этого места, формируя ток предполагаемого замыкания, перемножают напряжение и ток в месте предполагаемого замыкания, формируя сигнал мгновенной мощности предполагаемого места замыкания, определяют знак этого сигнала и фиксируют реальное замыкание в том месте, где упомянутый сигнал в процессе своего изменения остается неотрицательным.



 

Похожие патенты:

Изобретение из области электроэнергетики касается построения микропроцессорной релейной защиты, а именно этапов ее обучения, задания характеристики срабатывания и функционирования в рабочем режиме.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к релейной защите магистральных и распределительных электрических сетей. .

Изобретение относится к электроэнергетике и электротехнике, а именно к релейной защите и автоматике электроэнергетических систем. .

Изобретение относится к электроэнергетике и электротехнике и может быть использовано во всех видах защит, преимущественно микропроцессорных. .

Изобретение относится к электротехнике, в частности к способам защиты линий электропередачи (ЛЭП), основанным на дистанционном принципе. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах релейной защиты и автоматики электрических систем. .

Изобретение относится к области электротехники, а именно к входящему в структуру релейной защиты объекта электротехнического назначения, например линии электропередачи W системы электроснабжения синусоидального переменного тока с частотой f (период Т=1/f)) времяимпульсному измерительному органу релейной защиты с двумя подведенными к нему электрическими величинами, одна из которых определяется действующим значением Iw синусоидального тока, протекающего в объекте электротехнического назначения, а другая определяется действующим значением Uw синусоидального напряжения на этом объекте, при этом времяимпульсный измерительный орган релейной защиты функционирует как времяимпульсный омметр релейной защиты, измерительная часть которого содержит компаратор с двумя входами и одним выходом, на котором при возникновении короткого замыкания на контролируемом релейной защитой электротехническом объекте генерируется выходной электрический сигнал uвых1 в виде периодической последовательности прямоугольных импульсов напряжения, длительность t1 импульсов которых косвенно связана с электрической удаленностью места короткого замыкания, определяемой модулем zw.кз=Uw.кз/Iw.кз входного сопротивления, например, линии электропередачи W при коротком замыкании на ней, т.е.

Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики и может быть использовано во всех видах защит, преимущественно микропроцессорных. .

Изобретение относится к релейной защите электрических систем или любых иных энергообъектов. .

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - повышение эффективности и простоты способа.

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - повышение эффективности и простоты способа.

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

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

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

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

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

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

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

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

Изобретение относится к антенне устройства для контроля и диагностики линии энергоснабжения. Сущность: антенный блок, смонтированный на устройстве для контроля и диагностики линии энергоснабжения, включает несущую часть, выполненную из изоляционного диэлектрического материала заданной толщины с криволинейной формой внешней и внутренней поверхности, антенный излучатель в форме криволинейной поверхности, расположенной вдоль внешней поверхности несущей части, заземляющий элемент в форме криволинейной поверхности, расположенной вдоль внутренней поверхности несущей части, и возбуждающую часть, проходящую через несущую часть для электрического подключения антенного излучателя и заземляющего элемента. Антенный блок монтируется по меньшей мере на одной стороне устройства для контроля и диагностики линии энергоснабжения в направлении линии энергоснабжения, когда устройство для контроля и диагностики линии энергоснабжения установлено на линии энергоснабжения. Технический результат: снижение помех, высокий коэффициент усиления, КПД, возможность миниатюризации, минимизация воздействия температуры и повышение срока службы. 5 н. и 10 з.п. ф-лы, 16 ил.
Наверх