СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УКРУПНЕННЫХ ПЕРВИЧНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ МЕТОДОМ ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКА
METHOD FOR DETERMINATION OF CONSOLIDATED PRIMARY PARAMETERS OF POWER TRANSMISSION LINE BY FOUR-TERMINAL ELEMENT

Изобретение относится к области систем обработки информации и может быть использовано при функциональном контроле и диагностировании электропередачи (ЛЭП) на основании теории многополюсников.
Известен способ определения текущих первичных и вторичных параметров линии электропередачи для построения ее прямой Г-образной адаптивной модели [1], выбранный в качестве прототипа, заключающийся в том, что проводят измерения мгновенных значений сигналов напряжений и токов. Эти массивы отсчетов мгновенных значений тока и напряжения в начале и в конце ЛЭП, полученные в одни и те же моменты времени с определенным шагом дискретизации, передают с конца линии в ее начало по каналу связи. Далее по измеренным массивам отсчетов тока и напряжения сохраняют пары цифровых отсчетов токов и напряжений. Затем определяют потери активной мощности на активном сопротивлении продольной ветви ЛЭП, одновременно определяя действующее значение сигнала тока в ней и потери реактивной мощности на реактивном сопротивлении этой ветви. Далее определяют значения активного и реактивного сопротивлений продольной ветви ЛЭП. Затем определяют потери активной мощности на активном сопротивлении поперечной ветви ЛЭП, одновременно определяя действующие значения сигнала тока в ней и потери реактивной мощности на реактивном сопротивлении этой ветви. Далее определяют величины активного и реактивного сопротивлений поперечной ветви ЛЭП. Затем определяют численные значения коэффициентов затухания тока и напряжения и численные значения коэффициента сдвига фазы тока и сдвига фазы напряжения. Далее определяют численные значения активных и реактивных сопротивлений продольных и поперечных ветвей ЛЭП, а также коэффициентов затухания и сдвига фаз напряжений и токов на единицу длины линии электропередачи.
Достоверность полученных по этому патенту результатов возможна лишь при абсолютной синхронизации измерения мгновенных значений напряжений и токов в начале и в конце линии. Технически это трудно осуществимо.
В теории электротехники известен аналитический способ определения вторичных параметров однородного участка однопроводной [2], двухпроводной, трехпроводной и четырехпроводной [3] ЛЭП. Они вполне пригодны для абсолютно однородного участка линии электропередачи ничтожно малой протяженности. Для неоднородных ЛЭП, каковыми являются реальные линии электропередачи, обладающих весьма заметной протяженностью (несколько десятков, сотен и даже тысяч километров), этот способ дает лишь ориентировочные результаты. Причем в этом случае нет возможности учесть влияние линейной арматуры, которая в значительном количестве распределена практически по всем современным ЛЭП, на распределение электрической энергии по этим линиям электропередачи.
Представление однородного участка ЛЭП в виде четырехполюсника широко применяется в электротехнике и методике определения параметров ЛЭП через коэффициенты четырехполюсника [2]. Но это справедливо лишь для однородного участка однопроводной ЛЭП элементарной протяженности.
Абсолютной однородностью, в принципе, не обладает ни одна ЛЭП заметной протяженности.
Четырехполюсником можно заместить и всю ЛЭП заметной протяженности однопроводного исполнения. Замещенная ЛЭП может обладать явно выраженной неоднородностью, в ее состав может входить сопутствующая линейная арматура.
Замещение четырехполюсником может быть использовано и для многопроводной ЛЭП, входящей в состав симметричной электроэнергетической системы. Например, для ЛЭП трехпроводного исполнения. В ней передача электрической энергии осуществляется тремя равновеликими парами волн электромагнитного поля [4]. Поэтому анализ передачи по ней электрической энергии можно выполнять для одного линейного провода. Происходящие при этом процессы преобразования во всех линейных проводах полностью идентичны.
Задачей изобретения является формирование простого, информативного и достоверного способа определения укрупненных первичных параметров действующей линии электропередачи однопроводного исполнения, а также действующей линии электропередачи многопроводного исполнения, входящей в состав симметричной электроэнергетической системы, а именно укрупненных продольных и поперечных параметров.
Технический результат заключается в достоверном определении укрупненных первичных параметров линии электропередачи, а именно укрупненных продольных и поперечных параметров в результате выполнения опытов холостого хода и короткого замыкания
Технический результат достигается тем, что однопроводная или многопроводная линия электропередачи, входящая в состав симметричной электроэнергетической системы, замещается четырехполюсником, в экспериментальном определении его входных сопротивлений холостого хода и короткого замыкания в результате выполнения двух опытов и в результате аналитической обработки полученной таким образом информации определяются укрупненные продольные и поперечные параметры линии электропередачи.
Полученные таким образом численные значения укрупненных первичных параметров ЛЭП являются ожидаемым результатом реализации этого изобретения.
Простота и достоверность предлагаемого способа достигается в результате непосредственного измерения электрических величин, позволяющих получить сведения об изображениях действующих значений входных и выходных напряжений и токов на комплексной плоскости, которые являются исходными данными для определения укрупненных первичных параметров анализируемой линии электропередачи.
Предлагаемый способ является информативным за счет того, что при необходимости позволяет определить укрупненные первичные параметры ЛЭП на единицу длины линии.
Падающие и отраженные волны электромагнитного поля действуют в приделах границ однородности. В реальной ЛЭП таких границ может быть несколько. Границами однородности могут быть: изменения химического состава и сечения линейных проводов, изменения рельефа местности, транспозиция, провис проводов, опоры, изменение состава грунта, линейная арматура и т.п. Получается, что по всей протяженности реальной ЛЭП передача электрической энергии осуществляется несколькими группами пар волн электромагнитного поля. Процедура представления всей ЛЭП в виде единого четырехполюсника объединяет все однородные участки, все группы пар волн в одну результирующую. Поэтому вторичные параметры, иллюстрирующие действие результирующей пары волн электромагнитного поля, целесообразно считать укрупненными.
На рис. 1 представлена структурная схема алгоритма способа определения укрупненных первичных параметров однопроводной линии электропередачи методом четырехполюсника.
На рис. 2 представлена схема исполнения серии экспериментов по определению численных первичных параметров ЛЭП.
В блоке 1 (рис. 1) выполняется процедура представления реальной однопроводной ЛЭП в виде единого четырехполюсника.
Схема замещения этого четырехполюсника принята Г-образной.
Численные значения параметров схемы замещения четырехполюсника, которые являются укрупненными первичными параметрами анализируемой ЛЭП, можно определить и в результате выполнения серии экспериментов из двух опытов.
Для определения численных значений укрупненных первичных параметров однопроводной ЛЭП необходимо выполнить серию экспериментов по схеме, изображенной на рис. 2. В схеме участвуют вольтметр PV, амперметр РА, ваттметр PW и конденсатор С небольшой емкости; использовано 2 (два) коммутационных устройства (ключа) S1 и S2. В качестве источника электрической энергии здесь можно использовать электроэнергетическую систему, а лучше всего автономный источник электрической энергии трехфазного исполнения желательно пониженного напряжения, обозначенного на схеме в виде ЭДС Ė.
Опыты выполняются при прямом включении четырехполюсника, замещающего однопроводную ЛЭП или один линейный провод многопроводной ЛЭП, входящей в состав симметричной электроэнергетической системы (рис. 2). В этом случае источник электрической энергии Ė подключается к входным клеммам mn.
k+1
При выполнении опыта холостого хода (блок 2 на рис. 1) ключи S1 и S2 должны быть разомкнуты. При этом İ=0.
Отношение показаний вольтметра PV и амперметра РА определит входное сопротивление холостого хода
Активная (резистивная) составляющая входного сопротивления холостого хода определяется так:
где Р - показание ваттметра PW.
Реактивная составляющая входного сопротивления холостого хода:
.
В виде изображения на комплексной плоскости входное сопротивление холостого хода может быть записано так:
Реактивная составляющая входного сопротивления холостого хода может иметь как индуктивный (положительная мнимая часть в равенстве (1)), так и емкостный (отрицательная мнимая часть в равенстве (1)) характер. Для выяснения его характера к входным клеммам исследуемой ЛЭП следует на непродолжительное время подключить конденсатор С небольшой мощности. Но только на время регистрации изменений показаний амперметра РА. Увеличение или уменьшение этих показаний определит характер входного сопротивления.
Величина входного тока определяется по формуле:
,
1a
1p
где I и I - активная и реактивная составляющие входного тока.
При подключении к входным клеммам анализируемой ЛЭП кратковременным замыканием ключа S2 (рис. 3) конденсатора С небольшой емкости величина входного тока определится несколько иначе:
C
где I - величина тока в ветви с конденсатором С, который здесь уместно считать идеализированным.
Из формулы (2) следует, что, если входное сопротивление холостого хода имеет активно-индуктивный характер, то при включении конденсатора С входной ток уменьшается, а если входное сопротивление имеет активно-емкостный характер, то при включении конденсатора С входной ток увеличивается.
Опыт короткого замыкания при прямом включении четырехполюсника, замещающего однопроводную ЛЭП, выполняется в блоке 3 (рис. 1) при пониженном входном напряжении замыканием ключа S1 (рис. 3). Ключ S2 при этом должен быть разомкнут.
Входное сопротивление короткого замыкания при прямом включении четырехполюсника определяет укрупненные продольные параметры анализируемой ЛЭП:
.
На схемах замещения ЛЭП чаще всего продольные параметры ЛЭП обычно имеют активно-индуктивный характер, а поперечные и активно-емкостный. Но с изменением частоты характер продольных и поперечных параметров ЛЭП может изменится [5]. Кроме того, характер этих параметров может изменяться под влиянием сопутствующей линейной арматуры, которая может входить в состав исследуемой ЛЭП, а значит и в состав четырехполюсника ее замещающего.
Уточнить характер продольных параметров можно с помощью дополнительного конденсатора С, по методике, используемой в опыте холостого хода. Это выполняется в блоке 4 (рис. 1).
Укрупненные поперечные параметры ЛЭП однопроводного исполнения определяются в блоке 5 (рис. 1) как обратная величина разницы водного сопротивления холостого хода и продольных параметров:
.
Активная и реактивная составляющие укрупненных поперечных параметров определяются как вещественная и мнимая части этих параметров соответственно:
;
.
Определенные таким образом численные значения укрупненных первичных параметров могут быть использованы при вычислении численных параметров вторичных параметров исследуемой ЛЭП [3]. Выполненные по предлагаемой методике обеспечат прогнозирование напряжения и тока в начале или в конце линии электропередачи однопроводного исполнения с высокой достоверностью [3].
Источники информации
1. Джумик Д.В., Гольдштейн Е.П. Способ определения текущих первичных и вторичных параметров линии электропередачи для построения ее прямой Г-образной адаптивной модели. Патент №2334990, Россия. МКИ G01R 25/00. - Томский политехнический университет. №2007117275/28; 08.05.2007.
2. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. - М.: Высшая школа, 1967. - 778 с.
3. Большанин Г.А. Распределение электрической энергии по участкам электроэнергетических систем. В 2-х кн. - Братск: БрГУ, 2006. - 807 с.
4. Большанин Г.А., Большанина Л.Ю., Марьясова Е.Г. Передача электрической энергии по однородному участку трехфазной ЛЭП трехпроводного исполнения, входящему в состав симметричной ЭЭС // Вестник Иркутского Государственного Технического Университета. 2011, 10 (57). - С. 179-186.
5. Арриллага Дж., Брэдли Д., Боджер П. Гармоники в электрических системах / Пер. с англ. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 320 с.