Способ определения места повреждения на линии электропередачи
METHOD OF DETERMINING FAULT POINT ON POWER TRANSMISSION LINE

Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики и может быть использовано для определения места повреждения (ОМП) в трехфазной линии электропередачи (ЛЭП) высокого и сверхвысокого напряжения.
Известен способ определения места повреждения на линии электропередачи, использующий волновой метод двусторонних измерений, по которому фиксируют разность моментов времени прихода фронта электромагнитной волны, возникающей в месте короткого замыкания, к каждой из сторон линии путем остановки хода счетчиков, передающих по каналам связи линии импульсы, обеспечивающие синхронность хода этих счетчиков (Шалыт Г.М. Определение мест повреждения линий электропередачи импульсными методами. М.: Энергия, 1968).
Недостатком способа является возможность ошибочной фиксации времени прихода фронта волн из-за высокого уровня стационарных высокочастотных помех, формирующихся на линии электропередачи в нормальном режиме ее работы вследствие, например, коронного разряда на проводах, арматуре и изоляторах ЛЭП.
Известен способ определения расстояния до места повреждения на линии электропередачи, заключающийся в том, что на каждом из концов линии измеряют фазные напряжения, выделяют аварийные сигналы, вычисляют коэффициент эксцесса выделенного аварийного сигнала внутри скользящего временного окна, сравнивают вычисленный коэффициент эксцесса с величиной порога, фиксируют с помощью спутниковой навигационной системы значение единого времени в момент превышения порога, передают зафиксированное время на удаленный конец ЛЭП и вычисляют расстояние до места повреждения по разности значений единого времени, зафиксированных на концах линии, (патент РФ №2475768).
В прототипе аварийные сигналы формируют автономно для каждой из ЛЭП, подключенных к одним сборным шинам электроподстанции, измеряя для этого как напряжения, так и токи на каждом конце линии,
Недостатком этого способа, принятого за прототип, является необходимость автономного выделения аварийного сигнала для каждой из ЛЭП электрической сети. Это требует измерения как напряжений, так и токов данной ЛЭП, что приводит к необходимости тщательного согласования характеристик измерительных устройств, установленных на каждой из сторон ЛЭП, в широком диапазоне частот выделяемого аварийного сигнала и учета влияния погрешностей измерения токов ЛЭП на выделяемый аварийный сигнал.
Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое техническое решение, является повышение надежности и точности определения места повреждения на ЛЭП за счет исключения влияния погрешностей измерения токов ЛЭП на выделяемый аварийный сигнал, а также исключения необходимости тщательного согласования различных характеристик измерительных устройств в широком диапазоне частот выделяемого аварийного сигнала. Кроме того, упрощается осуществление способа, поскольку один выделяемый аварийный сигнал может использоваться для ОМП на всех линиях, подсоединенных к одной системе сборных шин электроподстанции.
Предметом изобретения является способ определения места повреждения на линии электропередачи, заключающийся в том, что на каждом конце линии измеряют фазные напряжения, выделяют аварийные сигналы, вычисляют коэффициент эксцесса выделенного аварийного сигнала внутри скользящего временного окна, сравнивают вычисленный коэффициент эксцесса с величиной порога, фиксируют с помощью спутниковой навигационной системы значение единого времени в момент превышения порога, передают зафиксированное значение времени на удаленный конец ЛЭП и вычисляют расстояние до места повреждения по разности значений единого времени, зафиксированных на концах линии, отличающийся тем, что аварийные сигналы выделяют из разностей измеренных фазных напряжений, а указанные передачу зафиксированного времени и вычисление расстояния до места повреждения блокируют при отсутствии сигнала срабатывания релейной защиты соответствующей ЛЭП на отключение.
Сущность предложенного изобретения поясняется чертежом, где изображено устройство, реализующее заявляемый способ определения места повреждения на ЛЭП.
A
B
C
A
B
B
C
A
B
B
C
Устройство содержит блоки 1 и 2, вычисляющие междуфазные напряжения, используя измеренные на сборных шинах фазные напряжения V, V и V. Блок 1 вычисляет междуфазное напряжение V - V, а блок 2 - междуфазное напряжение V - V. К выходу блока 1 подключен вход блока 3, выделяющего аварийный сигнал из междуфазного напряжения V - V, а к выходу блока 2 - вход блока 4, выделяющего аварийный сигнал из между фазного напряжения V - V. К выходу блока 3 и к выходу блока 4 подключен блок 5, вычисляющий внутри скользящего временного окна коэффициент эксцесса каждого из аварийных сигналов, выделенных блоками 3 и 4. К выходу блока 5 подключен один вход компаратора 6, сравнивающего вычисленные блоком 5 коэффициенты эксцесса с величиной порога, задаваемого блоком 7 на другом входе компаратора 6. Выход компаратора 6 подключен к входу запуска таймера 8. К счетному входу таймера 8 подключен выход блока 9, принимающего сигналы единого времени от навигационной спутниковой системы.
A
B
B
C
Элементы 1-9 являются общими для всех ЛЭП, подключенных к сборным шинам, на которых блоки 1 и 2 вычисляют междуфазные напряжения V- V и V- V. Элементы 10-13 установлены для каждой из ЛЭП, отходящих от этих сборных шин.
1
n
К входам схемы 10 ИЛИ подключены отключающие выходы всех релейных защит РЗ…PЗ соответствующей ЛЭП. Выход схемы 10 ИЛИ соединен с одним из входов схемы 11 И, с другим входом которой соединен один из двух дублирующих выходов таймера 8. Выход схемы 11 И соединен с блоком 12 связи, передающим на противоположный конец соответствующей ЛЭП значение единого времени в момент срабатывания таймера 8, которое определяется моментом прихода фронта аварийного сигнала от места повреждения на ЛЭП. Другой выход таймера 8, подключен к входу блока 13 вычисления, осуществляющему вычисление расстояния до места повреждения. На второй вход блока 13 поступает сигнал от блока связи аналогичного по структуре комплекта устройства, установленного на противоположной стороне ЛЭП, а на третий (разрешающий работу) вход блока 13 - сигнал с выхода схемы 10 ИЛИ.
A
B
B
C
A
B
B
C
A
B
B
C
1
Определение места повреждения на ЛЭП осуществляется следующим образом. Блок 1 выделяет междуфазное напряжение V - V, а блок 2 -междуфазное напряжение V - V. Блок 3 выделяет междуфазный аварийный сигнал напряжения V - V, а блок 4 - междуфазный аварийный сигнал напряжения V - V. В нормальном режиме работы электрической сети, в состав которой входят ЛЭП, отсутствует переходной процесс и на выходах блоков 3 и 4 могут присутствовать лишь помехи, в том числе высокочастотные. Эти помехи представляют собой шум, подчиняющийся нормальному закону распределения. Нормальность закона распределения подтверждается теоретически наличием большого количества факторов, влияющих на величину сигналов аварийных составляющих, и их недоминирующим вкладом (центральная предельная теорема), а также экспериментально. С выходов блоков 3 и 4 аварийные сигналы поступают на блок 5, в котором вычисляется в реальном времени внутри скользящего временного окна коэффициент эксцесса каждого из поступивших аварийных сигналов. Коэффициент эксцесса вычисляется по таким параметрам распределения случайной величины, как математическое ожидание, дисперсия и характеризует островершинность кривой распределения случайной величины (Вентцель Е.С. Теория вероятностей. - М.: Высшая школа, 2006). В нормальном режиме работы оценка коэффициента эксцесса для величин, подчиненных нормальному закону распределения, находится вблизи нуля. В момент возникновения короткого замыкания на любой ЛЭП, подключенной к сборным шинам, на которых блоки 1 и 2 вычисляют междуфазные напряжения V - V и V - V, аварийные сигналы на выходе блоков 3 и 4 перестают подчиняться нормальному закону и коэффициент эксцесса на выходе блока 5 резко возрастает, При превышении сигналом на выходе блока 5 значения порога, заданного блоком 7, срабатывает компаратор 6. Блок 7 задает чувствительность устройства по определению начала аварийного переходного процесса. Принятые блоком 9 хронирующие импульсы спутниковой навигационной системы поступают на счетный вход таймера 8 и формируют временную базу. При срабатывании компаратора 6 сигнал с его выхода подается на вход запуска таймера 8. При этом таймер 8 фиксирует значение t единого времени в момент срабатывания компаратора 6 и через схему 11 И, и блок 12 связи передает это значение на противоположную сторону ЛЭП и на вход блока 13. Сигнал с выхода схемы 10 ИЛИ, свидетельствующий о действии на отключение (срабатывании) хотя бы одной из релейных защит данной ЛЭП, и, тем самым, подтверждающий возникновение повреждения на этой линии, открывает схему 11 И и разрешает работу блока 13. При отсутствии указанного сигнала от схемы 10 ИЛИ передача значения t\ и процесс вычисления в блоке 13 блокируются.
2
Получив значение времени U от таймера 8 и сигнал со значением времени t от блока связи аналогичного по структуре комплекта устройства, установленного на противоположной стороне ЛЭП, а также сигнал от схемы 10 ИЛИ о действии на отключение хотя бы одной релейной защиты данной ЛЭП блок 13 вычисляет расстояние до места повреждения на данной ЛЭП по выражению
1
1
2
L=(L+(t-t)×V)/2,
1
2
где L - длина ЛЭП, V - скорость распространения аварийного сигнала, t и t - моменты превышения порога, зафиксированные таймерами 8 соответственно на данной стороне ЛЭП и на противоположной стороне ЛЭП.
A
B
B
C
1
Отсутствие сигналов о действии релейной защиты на отключение какой-либо ЛЭП, подключенной к сборным шинам, на которых блоки 1 и 2 вычисляют междуфазные напряжения V - V и V - V, свидетельствует об отсутствии повреждения на этой ЛЭП и поэтому передача значение времени t от таймера 8 и процесс вычисления расстояния по приведенному выражению для нее не осуществляется.
Таким образом, ОМП выполняется только на той ЛЭП, на которой возникновение повреждения подтверждено срабатыванием ее релейной защиты, а технический результат - повышение надежности и точности ОМП и упрощение осуществление способа достигается благодаря выделению аварийного сигнала из разности фазных напряжений без использования значений токов ЛЭП, а также блокированию, при отсутствии сигнала срабатывания релейной защиты, процессов передачи зафиксированного значения времени на удаленный конец ЛЭП и вычисления расстояния до места повреждения.