ОБНАРУЖЕНИЕ И ЛОКАЛИЗАЦИЯ НЕИСПРАВНОСТЕЙ В ЗАПИТЫВАЕМОЙ С ОДНОЙ СТОРОНЫ ЛИНИИ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ
DETECTION AND LOCALISATION OF FAULTS IN POWER SUPPLY LINE POWERED FROM ONE SIDE

Изобретение относится к способу определения неисправного участка запитываемой с одной стороны линии энергоснабжения, которая разделена переключающими устройствами на множество участков, причем с каждым переключающим устройством ассоциировано измерительное устройство.
Электрические сети энергоснабжения на средних и низких уровнях напряжения используются для передачи электрической энергии к отдельным конечным потребителям. Со времени либерализации энергоснабжения во многих странах расширяется использование децентрализованных вводов в сеть энергоснабжения. В случае таких децентрализованных вводов энергии речь идет, например, о так называемых регенеративных генераторах энергии, то есть генераторах энергии, которые предоставляют электрическую энергию из кратковременно возобновляемых источников энергии, как, например, ветра или солнечного излучения. Такие генераторы энергии могут, например, быть ветроэнергетическими установками или фотогальваническими энергетическими установками.
Сети энергоснабжения на уровне среднего и низкого напряжения часто включают в себя запитываемые с одной стороны линии энергоснабжения, которые разделены на несколько участков для более эффективного контроля. Такая форма сети, в отличие от ячеистых сетей, называется радиальной (лучевой) сетью. При этом каждый участок ограничен на своих концах с помощью переключающих устройств, которые могут быть выполнены в соответствии с их возможностями переключения в виде силовых выключателей или разъединителей. С отдельными участками могут быть соединены отдельные конечные потребители в форме электрических нагрузок или генераторов энергии в форме вводов энергии; эта структура является особенно распространенной на рынках США. Но и на западноевропейских рынках применяются сети энергоснабжения с такими запитываемыми с одной стороны линиями энергоснабжения, например, в кабельных сетях в нижнем диапазоне среднего напряжения (около 20 кВ).
Для радиальных сетей среднего и низкого напряжения в случае неисправности, происходящей на одном из участков линии электроснабжения, особенно короткого замыкания, в течение короткого времени должно осуществляться надежное распознавание и локализация неисправности, то есть участок, затронутый неисправностью, должен быть быстро и надежно обнаружен и отключен.
Для обнаружения и локализации неисправностей часто используются электромеханические указатели короткого замыкания, которые непосредственно присоединятся к соответствующим участкам линии энергоснабжения. Они срабатывают только при высоких токах короткого замыкания, которые значительно выше номинального тока линии энергоснабжения. Чаще всего считывание приборов осуществляется вручную, то есть участок, затронутый коротким замыканием, часто определяется только спустя относительно длительное время. Такой указатель короткого замыкания известен, например, из патента DE 102007020955 B4.
Из европейского патента ЕР 0554553 B1 также известен способ, при котором участки линии энергоснабжения ограничиваются посредством переключающих устройств (так называемых «секционных разделителей»). С переключающими устройствами ассоциировано соответствующее защитное устройство. Отдельные защитные устройства соединены друг с другом и с главным защитным устройством через линию связи. Неисправность распознается главным защитным устройством. Оно посылает запрос на отдельные защитные устройства, которые на основе сигнала напряжения проверяют, имеет ли место на ассоциированном с ними участке неисправность, и отправляют назад соответствующий ответ. Защитные устройства, которые обнаруживают на основе ответов, что они отделяют работоспособный участок от затронутого неисправностью участка, вызывают размыкание переключающих контактов соответствующего переключающего устройства.
В основе изобретения лежит задача обеспечить по возможности чувствительный и надежный способ вышеуказанного типа, а также измерительное устройство, выполняющее этот способ.
Для решения этой проблемы в соответствии с изобретением предложен способ, при котором каждое измерительное устройство регистрирует сигнал тока в месте измерения, расположенном в зоне соответствующего переключающего устройства, указывающий ток, протекающий в соответствующем месте измерения, дискретизирует сигнал тока, чтобы сформировать выборки тока, и определяет величину измеренного тока из выборок тока; каждое измерительное устройство формирует дельта-значение тока как разность между мгновенной измеренной величиной тока и предыдущей измеренной величиной тока, которая была определена раньше на определенное количество периодов сигнала тока, сравнивает дельта-значение тока с пороговым значением тока и распознает скачок тока, когда дельта-значение тока лежит выше порогового значения тока; каждое измерительное устройство посылает указывающее скачок тока первое сообщение статуса, когда оно обнаружило скачок тока. Устройство локализации неисправностей распознает неисправность в качестве находящейся на том участке линии энергоснабжения, который ограничен на своем одном конце переключающим устройством, измерительное устройство которого распознало скачок тока, и ограничено на своем другом конце переключающим устройством, измерительное устройство которого не распознало никакого скачка тока.
Преимущество способа, соответствующего изобретению, состоит в том, что посредством образования дельта-значений тока может осуществляться очень чувствительное распознавание неисправности, так как влияния электрических нагрузок или протекающих токов игнорируются, и исключительно релевантная для неисправности составляющая принимается во внимание. Это дает возможность достичь для способа чувствительности, которая ниже номинального тока линии электроснабжения, так что можно также обнаруживать высокоомные неисправности.
Применяемые для формирования дельта-значения тока более ранние измеренные величины тока могут определяться, например, за 2 или 3 периода сигнала тока перед текущей измеренной величиной тока. Установленное число не обязательно должно быть целым числом, однако часто рекомендуется выбор целого числа, чтобы избежать эффектов биений. Дискретизация сигнала тока осуществляется, например, с тактовыми частотами между 600 Гц и 1 кГц.
Первое сообщение статуса может включать в себя, например, двоичную информацию, так что для ее передачи не требуется большая ширина полосы соединения связи.
Соответствующий изобретению способ осуществляется в многофазной линии энергоснабжения для каждой фазы отдельно.
Предпочтительная форма выполнения способа согласно изобретению предусматривает, что измеренная величина тока определяется как эффективное значение или как составляющая основного колебания из выборок тока.
Эта форма выполнения имеет то преимущество, что для осуществления способа в соответствии с изобретением должны измеряться только сигналы тока, так что в этой связи можно отказаться от использования дорогостоящих преобразователей напряжения. Вычисление дельта-величины тока и обнаружение и локализация неисправностей затем выполняются исключительно с измеренными токами.
Однако, если в любом случае преобразователи напряжения доступны или если они должны использоваться для других целей, то также может быть предусмотрено, что измеренная величина тока вычисляется из значений выборок тока и соответствующих значений выборок напряжения. В этом случае измеренная величина тока может представлять собой, например, электрическую мощность (например, активную мощность или реактивную мощность).
В соответствии с другой формой выполнения способа согласно изобретению, может быть предусмотрено, что пороговое значение тока устанавливается статически.
Статическая установка имеет то преимущество, что она требует лишь относительно небольших настроек устройства и поэтому может осуществляться сравнительно простая параметризация устройства. Статическое пороговое значение тока должно в этом случае устанавливаться таким образом, что колебания тока оцениваются на основе изменений нагрузки или процессов заряда на соответствующем участке, а не на основе скачка тока. Подходящие значения для установки статического порогового значения тока лежат, например, от примерно 5% до 15% от действительного для соответствующего участка номинального тока.
В качестве альтернативы к статической установке порогового значения тока, в соответствии с другой формой выполнения способа в соответствии с изобретением также может быть предусмотрено, что пороговое значение тока устанавливается динамически.
Таким образом, соответствующее применяемое пороговое значение тока может быть согласовано с текущей рабочей ситуацией соответствующего участка.
Конкретно в этой связи может быть предусмотрено, что пороговое значение тока формируется динамически в зависимости от разностного значения тока, которое формируется с применением разности между измеренными величинами тока, определенными на обоих концах участка линии энергоснабжения.
Таким образом, в известной степени на обоих концах участка происходит измерение токов нагрузки и подача питания в нормальном режиме, так что во время работы может осуществляться адаптивная настройка чувствительности срабатывания (например, на умеренно изменяющиеся условия нагрузки или подачи питания). Для того чтобы непреднамеренным образом не предпринять адаптивную настройку на ситуацию неисправности на соответствующем участке, для формирования разностного значения тока должны использоваться такие измеренные величины тока, при которых не обнаружен скачок тока.
В соответствии с другой предпочтительной формой выполнения способа согласно изобретению, также может быть предусмотрено, что для формирования дельта-значения тока вместо более ранней измеренной величины тока применяется установленное максимальное значение, если более ранняя измеренная величина тока превышает заданное пороговое значение сравнения.
За счет этого можно предпочтительным образом избежать ненамеренного распознавания скачка тока измерительных устройств в случае насыщения преобразователя во время неисправности.
Пороговое значение сравнения может быть сформировано, например, в зависимости от разностного значения тока, которое формируется с применением разности между измеренными величинами тока, определенными на обоих концах участка линии энергоснабжения.
Более конкретно пороговое значение сравнения может формироваться, например, с применением разностного тока и номинального тока в соответствии со следующим уравнением:
<mrow><msub><mi>I</mi><mi>V</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>I</mi><mrow><mi>N</mi><mo>,</mo><mi>i</mi></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>I</mi><mrow><mi>D</mi><mi>i</mi><mi>f</mi><mi>f</mi><mi>f</mi><mo>,</mo><mi>i</mi></mrow></msub></mrow>
v
N,i
Diff,i
где I указывает сравнительное пороговое значение, I указывает действительный в месте i измерения номинальный ток, и I указывает сформированное в месте i измерения разностное значение тока.
Еще одна предпочтительная форма выполнения способа согласно изобретению предусматривает, что устройство локализации неисправностей является компонентом по меньшей мере одного из измерительных устройств.
В этом случае обнаружение и локализация неисправности осуществляется посредством самих одного или нескольких измерительных устройств.
В качестве альтернативы может также предусматриваться, что устройство локализации неисправностей является компонентом центрального устройства оценки, отличающегося от измерительных устройств.
Это устройство оценки может, например, быть отдельным устройством, может быть интегрировано в устройство защиты, предусмотренное в точке ввода питания линии энергоснабжения, или быть компонентом техники сетевого управления, например, системы SCADA (SCADA = диспетчерское управление и сбор данных).
Еще одна предпочтительная форма выполнения способа согласно изобретению предусматривает, что измерительные устройства, пока они не распознают скачок тока, в регулярных интервалах времени отправляют второе сообщение статуса, показывающее, что не был распознан никакой скачок тока, и что измерительные устройства повторяют первое сообщение статуса с такими интервалами времени, которые меньше, чем интервалы времени, в которых отправляется второе сообщение статуса.
Второе сообщение статуса в данном случае представляет собой циклическое сообщение, которое регулярно сообщает о нормальном рабочем состоянии соответствующего участка. Применяемые для этого временные интервалы могут находиться, например, в секундном интервале (например, между примерно 1-10 секундами). Первое сообщение статуса, с другой стороны, представляет собой спонтанное сообщение, которое немедленно выдается при распознавании скачка тока и повторяется с очень короткими временными интервалами (например, с интервалом несколько миллисекунд). Таким образом, с одной стороны, работоспособность соединения связи между отдельными измерительными устройствами и устройствами локализации неисправностей проверяется на основе должным образом принятых вторых сообщений статуса и, с другой стороны, гарантируется, что непосредственно после обнаружения скачка тока, который мог бы указывать на неисправность, генерируется первое сообщение статуса. Посредством частого повторения первого сообщения статуса может быть обеспечено, что информация о скачке тока надежно поступает в приемник и не теряется из-за отдельных потерь сообщений в линии связи.
Например, может быть предусмотрено, что сообщения статуса передаются в виде сообщений широковещательной передачи или сообщений групповой передачи. Тем самым достигается то, что информация, содержащаяся в сообщении статуса, почти одновременно передается не только одному приемнику, но и всем (широковещательная передача) или нескольким приемникам (групповая передача).
Сообщения статуса могут передаваться с помощью любого способа. В простейшем случае для этого могут быть созданы двоичные сигналы в медном проводе («провод пилот-сигнала»). Кроме того, может использоваться множество протоколов передачи, таких как DNP3 (распределенный сетевой протокол), или протоколов техники сетевого управления, как, например, Modbus.
Согласно особенно предпочтительной форме выполнения, может быть предусмотрено, например, что сообщения статуса формируются как GOOSE-сообщения в соответствии со стандартом IEC 61850.
Эти GOOSE (Типовое объектно-ориентированное событие подстанции) сообщения описаны в стандарте IEC 61850, который регулирует, в частности, обмен данными в электрических распределительных устройствах и особенно подходят для очень быстрой передачи коротких (особенно двоичных) содержаний.
Для передачи первого сообщения статуса, например, посредством GOOSE-сообщений стандарта IEC 61850, согласно другой форме выполнения соответствующего изобретению способа, не требуется точная временная синхронизация. Достаточно учитывать максимальное время прохождения через сеть связи. В этой связи может быть предусмотрено, что устройство локализации неисправностей распознает неисправность как находящуюся на определенном участке линии энергоснабжения, если в течение максимального периода времени после обнаружения скачка тока с помощью измерительного устройства на одном конце участка первое сообщение статуса измерительного устройства на втором конце участка отсутствует.
Максимальный период времени может учитывать, например, время передачи между соответствующим измерительным устройством и устройством локализации неисправностей, а также временной резерв для несинхронной выборки сигнала тока в соответствующем месте измерения.
Для дополнительного повышения надежности по отношению к ошибочным решениям, согласно другой предпочтительной форме выполнения способа согласно изобретению, может предусматриваться, что устройство локализации неисправностей только тогда распознает неисправность, как находящуюся на определенном участке, когда дельта-значение тока того измерительного устройства, которое распознало скачок тока, больше, чем пороговое значение подтверждения, которое формируется в зависимости от разностного значения тока, которое формируется с применением разности между текущими измеренными величинами тока, определенными на обоих концах участка линии энергоснабжения.
Тем самым, особенно в отношении распознавания скачка тока при относительно малых выбранных пороговых значениях тока может предусматриваться дополнительное условие для распознавания реально существующей неисправности.
Когда переключающими устройствами на отдельных участках для отключения токов неисправности являются подходящие силовые выключатели, в соответствии с другой предпочтительной формой выполнения способа согласно изобретению может быть предусмотрено, что при неисправности, распознанной на определенном участке линии энергоснабжения, непосредственно размыкаются те переключающие устройства, которые ограничивают этот участок линии энергоснабжения.
В качестве альтернативы этому также может быть предусмотрено, что при неисправности, распознанной на определенном участке линии энергоснабжения, сначала размыкается силовой выключатель, расположенный перед переключающими устройствами со стороны ввода питания, и только после размыкания силового выключателя размыкаются те переключающие устройства, которые ограничивают этот участок линии электроснабжения.
При этой альтернативе переключающие устройства на участках, по сравнению с силовым выключателем, могут быть более экономичными размыкателями с относительно малой мощностью переключения, так как ток неисправности отключается посредством предусмотренного на стороне ввода питания силового выключателя, который одновременно образует главный выключатель для линии электроснабжения.
В этой связи также может быть предусмотрено, что после размыкания ограничивающих неисправный участок переключающих устройств силовой выключатель вновь замыкается.
Таким образом, энергоснабжение для конечных потребителей вплоть до неисправного участка может своевременно вновь восстанавливаться.
Для того чтобы обеспечить возможность скорейшего восстановления энергоснабжения для нагрузок, лежащих за неисправным участком, в этой связи также может быть предусмотрено, что после размыкания переключающих устройств, ограничивающих неисправный участок, также замыкается переключатель соединения, который соединяет ту часть линии энергоснабжения, которая примыкает к концу неисправного участка, противоположному вводу питания, с последующим вводом питания.
За счет этого те нагрузки и вводы питания, которые расположены на участках, не затронутых неисправностью, своевременно вновь снабжаются электрической энергией.
Вышеуказанная задача также решается с помощью устройства измерения для обнаружения неисправного участка запитываемой с одной стороны линии энергоснабжения, причем линия энергоснабжения разделена посредством переключающих устройств на множество участков, и при этом с одним из переключающих устройств ассоциировано измерительное устройство.
В соответствии с изобретением предусмотрено, что измерительное устройство выполнено с возможностью осуществления способа согласно любому из пунктов 1-17 формулы изобретения.
Множество таких измерительных устройств образуют вместе с устройством локализации неисправностей систему для определения неисправного участка запитываемой с одной стороны линии электроснабжения. Устройство локализации неисправностей может быть компонентом одного из измерительных устройств, может быть выполнено в виде отдельного блока или интегрировано в вышестоящее защитное или управляющее устройство.
Далее изобретение будет пояснено более подробно со ссылкой на примеры выполнения. При этом на чертежах показано следующее:
фиг. 1 представляет собой схематичный вид первой формы выполнения электрической сети энергоснабжения с двумя линиями энергоснабжения, запитываемыми с одной стороны;
фиг. 2 представляет собой схематичный вид второй формы выполнения электрической сети энергоснабжения с центральным устройством локализации неисправностей.
На фиг. 1 показано схематичное представление части электрической сети 10 энергоснабжения, которая может быть, например, распределительной сетью среднего напряжения. Сеть 10 энергоснабжения включает в себя первую линию 10а энергоснабжения и вторую линию 10b энергоснабжения. Линии 10а, 10b энергоснабжения запитываются с одной стороны от трансформаторов 11а, 11b электрической энергией. Питание трансформаторов на первичной стороне может осуществляться посредством одного или более источников. На своем конце, противоположном вводу питания, линии 10а, 10b энергоснабжения посредством нормально открытого соединительного переключателя 12 в определенных случаях могут быть соединены вместе. Этот вопрос будет обсуждаться более подробно ниже.
В примере выполнения, показанном на фиг. 1, для простоты структура обеих линий 10а и 10b электроснабжения одинакова, так что последующие описания, за исключением явно упоминаемых мест со ссылкой на линию 10а энергоснабжения, делаются как относящиеся к обеим линиям 10а и 10b энергоснабжения.
Линия 10a энергоснабжения разделена с помощью переключающих устройств 13a-d на множество участков 14а-с. Каждый участок 14а-с ограничен в этом случае двумя из переключающих устройств 13а-d. Переключающие устройства 13а-d, в зависимости от переключающей способности, могут представлять собой размыкатель или силовой выключатель. На стороне ввода питания предусмотрен силовой выключатель 13e, который всю линию 10а энергоснабжения может отделять от ввода питания посредством трансформатора 11а и таким образом служит в качестве по существу главного выключателя для линии 10а энергоснабжения.
С отдельными переключающими устройствами 13а-d связаны измерительные устройства 15а-d. Они воспринимают в местах 16a-16d измерения, расположенных вблизи соответствующих переключающих устройств 13a-d, сигналы 16а-d тока, указывающие на ток, протекающий в линии электроснабжения в соответствующем месте 16a-16d измерения. С силовым выключателем 13e ассоциировано защитное устройство 15е.
С каждым участком 14а-с линии 10а электроснабжения могут быть связаны электрические потребители в форме нагрузок или электрические генераторы энергии в форме источников. В качестве примера на фиг. 1 показаны нагрузки 17а и 17b и источник 17c, которые соединены с участком 14а-с.
Отдельные измерительные устройства 15a-d соединены через соединение 19 связи друг с другом, так что между измерительными устройствами 15a-d может производиться обмен информацией. Защитное устройство 15е также соединено с соединением 19 связи. При этом соединение связи может быть выполнено любым образом; в простейшем случае это может быть медный провод («провод пилот-сигнала»), по которому могут передаваться электрические сигналы. Но наряду с этим могут также использоваться более сложные соединения связи, в частности, коммуникационная шина, например, на Ethernet-основе.
Сеть 10 энергоснабжения проиллюстрирована на фиг. 1 в так называемом представлении «одиночной линии», при котором показана только одна фаза сети энергоснабжения. Фактически в случае сети 10 энергоснабжения обычно речь идет о многофазной (например, трехфазной) сети. Поэтому описанный далее способ выполняется соответственно для каждой из имеющихся фаз.
Если на участке возникает неисправность, например короткое замыкание, то эта неисправность должна быть по возможности быстро распознана, и ток неисправности должен быть отключен. С другой стороны, затронутый неисправностью участок провода энергоснабжения должен быть распознан и изолирован, чтобы исправные участки могли по возможности быстро снабжаться электрической энергией.
В дальнейшем способ для определения неисправного участка будет объяснен на примере короткого замыкания, имеющего место на участке 14b.
Каждое измерительное устройство регистрирует с помощью расположенных в местах 16a-16d измерения преобразователей тока сигнал тока для каждой фазы. Зарегистрированный сигнал тока дискретизируется с помощью устройства выборки с образованием выборок тока, связанных с фазой. Такая выборка может осуществляться, например, с частотой выборки 600 Гц - 1 кГц. Из значений выборок с помощью вычислительного устройства (например, цифрового сигнального процессора (DSP) или центрального процессора (CPU) измерительного устройства) определяется измеренная величина тока. Измеренная величина тока может при этом представлять собой, например, эффективное значение или величину основного колебания (например, для составляющей частоты 50 Гц сигнала тока). Величину основного колебания получают с помощью цифровой фильтрации из выборок тока, причем один фильтр, настроенный на основное колебание, определяет синусоидальную составляющую значений выборок, а другой фильтр, настроенный на основное колебание, определяет косинусоидальную составляющую значений выборок. Для формирования величины основного колебания определяется корень из суммы квадратичных составляющих (синуса и косинуса). Если в измеренной величине тока должны подавляться высшие гармоники, которые могут возникать, например, из-за включения трансформаторов между местами 16a-16d измерения, то применяется величина основного колебания. Если высшие гармоники в измеренной величине тока должны оцениваться совместно, то это может быть достигнуто путем вычисления эффективного значения. В общем случае можно при возникновении значительных составляющих высших гармоник кратковременно отключать защитную функцию в измерительных устройствах 15a-d и/или защитном устройстве 15е. Преимущество использования эффективного значения или величины основного колебания состоит в том, что для этого, кроме регистрации сигнала тока, не требуется выполнять никаких дополнительных измерений, так что требуется только преобразователь тока. Однако если уже имеются преобразователи напряжения, или если преобразователи напряжения требуются для других целей, то измеренное значение тока также может быть сформировано из связывания путем вычисления выборок тока и соответствующих выборок напряжения (например, в форме активной или реактивной мощности). То, как должно быть сформировано измеренное значение тока, может выбираться с помощью соответствующей параметризации измерительных устройств оператором сети энергоснабжения.
j
2
Определение измеренной величины тока в каждом измерительном устройстве обеспечивает значение I(t), где j обозначает соответствующее измерительное устройство (например, величина измеренного тока I(t) формируется вторым измерительным устройством 15b линии 10а энергоснабжения). Здесь для простоты рассматривается только одна фаза. Реально измерение сигнала тока и вычисление измеренного значения тока, как упоминалось выше, производится для всех фаз линии 10а энергоснабжения и выполняется постоянно для всех мест измерения.
j
Текущее вычисленное значение измеренной величины тока вычитается из более ранней измеренной величины тока, так что в качестве разности получается дельта-величина тока DI(t). Более ранняя измеренная величина тока была уже сформирована на несколько (например, 2-3) периодов (N) сигнала тока раньше и сохранена в соответствующем измерительном устройстве, например в кольцевом запоминающем устройстве. Более ранняя измеренная величина тока не обязательно должна определяться на целое число периодов сигнала тока раньше, но во избежание эффектов биений рациональным является применение целого числа. Дельта-величина тока определяется, например, при использовании сформированной на два периода (N) раньше измеренной величины тока в соответствии со следующим уравнением:
j
j
j
DI(t)=I(t)-I(t-2N).
j
Дельта-величина тока DI(t) имеет в стабильном режиме значение, близкое к нулю, так как тогда никаких изменений тока не происходит на соответствующем участке 14а-с линии 10а электроснабжения 10а.
I
j
j
В каждом измерительном устройстве 15a-d соответствующее дельта-значение тока сравнивается с пороговым значением S тока, и распознается скачок тока на соответствующем участке, если дельта-значение тока лежит выше порогового значения тока. При этом скачок тока понимается здесь как положительное изменение тока определенной минимальной величины. Измерительные устройства 15a-d пересылают непосредственно после распознавания скачка тока первое сообщение статуса S1, которое указывает на распознанный скачок тока в месте j измерения, по соединению 19 связи. Эти первые сообщения статуса S1 могут быть, например, простыми двоичными сигналами (низкий, высокий). В предпочтительной форме выполнения такие двоичные сигналы передаются как многоадресные сообщения в форме так называемых GOOSE-сообщений в соответствии со стандартом IEC 61850.
F
1
2
j
j
В примере согласно фиг. 1 в месте 18 короткого замыкания протекает ток I неисправности, который вводится через трансформатор 11a. Защитное устройство 15е распознает скачок тока. Также измерительные устройства 15a и 15b распознают скачок тока и отправляют первые сообщения S1 и S1 статуса. Остальные измерительные устройства 15c и 15d, однако, не распознают скачок тока (например, потому, что протекающий ток остается неизменным или даже уменьшается) и не отсылают никаких первых сообщений статуса. Вместо этого может быть предусмотрено, что все измерительные устройства, которые не распознают скачок тока, с регулярными интервалами, то есть циклически, посылают второе сообщение S2 статуса, причем интервалы времени, с которыми отсылается такое второе сообщение статуса, например, могут составлять несколько секунд. Особенно когда сообщения статуса представляют собой GOOSE-сообщения, также первое сообщение S1 статуса отсылается повторно, причем интервал времени, с которым повторно посылаются первые сообщения статуса, значительно меньше (например, несколько миллисекунд), чем интервал времени, применяемый для второго сообщения статуса.
I
N
В качестве порогового значения тока S для оценки дельта-значения тока может, например, применяться статическое значение, последнее может устанавливаться, например, на 5%-15% от номинального тока I, действительного для соответствующего участка 14а-с (то есть при пороговом значении тока в 5% от номинального тока изменения дельта-значения тока меньшие, чем 5% от номинального тока, не приводят к распознаванию скачка тока). Постоянные значения дельта-тока, малые изменения тока, снижение нагрузки или отключение внешнего тока короткого замыкания при этом не вызывают распознавания скачка тока.
Однако пороговое значение тока может также определяться динамически и согласовываться с высотой разностного значения тока (например, 25% от разностного значения тока), которое определяется с применением величины разности выборок тока между соседними измерительными устройствами. Конкретно разностное значение тока может быть сформировано, например, с помощью следующего уравнения:
Diff,j
korr
j
j+1
I=I+k·|(I-I)|
korr
j
При этом I является значением коррекции для соответствующего участка, которое должно скомпенсировать ошибки при определении выборок тока (например, из-за токов заряда, погрешностей преобразователя и т.д.). Коэффициент k надежности влияет на чувствительность, то есть при высоких значениях k разностное значение тока, применяемое в качестве порогового значения тока для дельта-значения тока, повышается, и способ для распознавания скачка тока становится за счет этого менее чувствительным (коэффициент надежности может, например, принимать значения k=1, … 1, 2). Для определения разностного значения тока необходимо осуществлять обмен соответствующими измеренными величинами тока I между измерительными устройствами 15а-d для каждой фазы. Это выполняется, например, с интервалом в одну секунду и только при условии, что дельта-значения мощности примерно равны нулю, по сети связи через GOOSE-сообщения. Выбор динамического порогового значения имеет то преимущество, что на участке 14а-с вытекающие или втекающие токи через нагрузки или источники учитываются в разностном значении тока. Если не имеется нагрузок или источников, то способ имеет максимальную чувствительность.
j
Первые сообщения S1 статуса передаются в устройство локализации неисправностей, которое может быть, например, компонентом измерительного устройства (или всех измерительных устройств) или может быть интегрировано в защитное устройство 15e. В защитном устройстве оно может связываться, например, с используемым там условием срабатывания (например, защита от перегрузки по току или дистанционная защита). Устройство локализации неисправностей распознает короткое замыкание как имеющее место на том участке, который ограничен такими измерительными устройствами, из которых одно распознало скачок тока, а другое не распознало скачок тока. В случае, показанном на фиг. 1, измерительное устройство 15b распознает скачок тока, а измерительное устройство 15с не распознает скачка тока. Это может распознаваться устройством локализации неисправностей на основе наличия или отсутствия соответствующего первого сообщения статуса. В этом случае устройство 14b локализации неисправностей распознает, таким образом, короткое замыкание на участке 14b.
Если переключающие устройства 13а-d являются силовыми выключателями, которые подходят для отключения токов короткого замыкания, то вслед за этим могут непосредственно размыкаться те переключающие устройства 13b и 13с, которые ограничивают неисправный участок 14b линии 10а энергоснабжения. Это может быть вызвано либо самими измерительными устройствами 15b и 15с или через защитное устройство 15е с помощью соответствующей команды срабатывания.
Если переключающие устройства 13а-d являются всего лишь размыкателями с меньшими переключающими способностями, то после локализации неисправности на участке 14b сначала размыкается силовой выключатель 13е, расположенный перед переключающими устройствами 13а-d со стороны ввода питания. За счет этого распознавание скачка тока и, таким образом, формирование первого сообщения статуса переходит назад в измерительные устройства 15а и 15b, если ток во всех местах 16а-d измерений на линии 10а энергоснабжения, отключенной посредством силового выключателя 13е, снижается ниже порогового значения тока. Только после размыкания силового выключателя 13е размыкаются переключающие устройства 13b и 13с, которые ограничивают участок 14b, за счет того, что переключающее устройства 13b и 13с побуждаются к размыканию. Это может выполняться посредством самих измерительных устройств 15b и 15c. В качестве альтернативы размыкание переключающих устройств 13b и 13с выполняется посредством управления силовым выключателем или посредством защитного устройства 15e. С помощью обратной связи от переключающих устройств, где имеет место разомкнутое состояние, силовой выключатель 13e может быть снова замкнут. После размыкания переключающих устройств 13b и 13с, ограничивающих неисправный участок 14b, может замыкаться переключатель 12 соединения, который соединяет ту часть линии 10а электроснабжения, которая примыкает к противоположному вводу питания концу неисправного участка 14b, то есть участок 14с, со второй линией 10b энергоснабжения, так что энергоснабжение для этого исправного участка 14c может быть восстановлено.
Vg1
Чтобы иметь возможность сформировать дельта-значение тока еще более надежно и предотвратить влияния за счет возникающих при коротком замыкании насыщений преобразователя, также может быть предусмотрено, что для формирования дельта-значения тока вместо предыдущей измеренной величины тока применяется установленное максимальное значение, если предыдущая измеренная величина тока превышает заданное пороговое значение сравнения. Пороговое значение сравнения, I, может, например, быть адаптировано к разностному значению тока, а также может учитывать номинальный ток, действительный для соответствующего места измерения:
Vg1,j
N,j
Diff,j
I=I+I
Vg1
При этом максимальное значение может также принимать величину порогового значения сравнения. Тем самым для больших токов (особенно токов короткого замыкания) дельта-значение тока формируется из разности текущей вычисленной измеренной величины тока и постоянного значения порогового значения сравнения, I. Это предотвращает то, что оцениваемое дельта-значение тока после определенного числа периодов становится равным нулю, и последующее насыщение преобразователя тока приводит к гиперфункции из-за вырабатываемого за счет этого дельта-тока. Во время короткого замыкания протекающий ток ограничивается, таким образом, до составляющей, релевантной для короткого замыкания.
j
3
j
Локализация неисправности посредством устройства локализации неисправностей может поддерживаться, например, тем, что с первыми сообщениями S1 статуса соответствующих измерительных устройств 15а-d ассоциируются временные метки, и выборка сигналов тока в измерительных устройствах 15а-d осуществляется синхронизированным образом. Но особенно просто процедура, изложенная выше, может также проводиться с несинхронизированными измерительными устройствами 15а-d за счет того, что устройство локализации неисправностей распознает неисправность как находящуюся на определенном участке линии электроснабжения, если в течение максимального времени после распознавания скачка тока измерительным устройством 15b на одном конце участка 14b первое сообщение S1 статуса измерительного устройства 15с на втором конце участка 14b отсутствует. При этом предполагается, что измерительные устройства 15а-d отправляют первое сообщение S1 статуса непосредственно после распознавания скачка тока. Максимальный интервал времени, таким образом, включает в себя максимальное время передачи от соответствующих измерительных устройств 15а-d до устройства локализации неисправностей плюс резервный интервал времени для несинхронного выполнения распознавания скачка тока в отдельных измерительных устройствах. Максимальный интервал времени передачи соответствует удвоенному среднему времени передачи между соответствующим измерительным устройством 15а-d и устройством локализации неисправностей или времени передачи, которое требуется сообщению для прямой и обратной передачи. Это может быть измерено с помощью простых временных меток тестовых сообщений.
Для того чтобы с помощью способа еще более надежно отличать скачки тока из-за больших изменений нагрузок (например, подключение электрического потребителя большой мощности) от скачков тока из-за короткого замыкания, также может быть предусмотрено, что устройство локализации неисправностей только тогда распознает неисправность, как расположенную на определенном участке, если дельта-значение тока того измерительного устройства, которое распознало скачок тока (здесь измерительное устройство 15b), лежит выше, чем пороговое значение подтверждения, которое формируется в зависимости от разностного значения тока. Разностное значение тока адаптивно подстраивается к медленным изменениям нагрузки, так что с помощью этой дополнительной проверки достоверности скачок тока может быть лучше классифицирован как относящийся к нагрузке или неисправности. Проверка высоты дельта-значения тока может быть осуществлена либо устройством локализации неисправностей, либо самим соответствующим измерительным устройством. В последнем случае, отправка первого сообщения статуса соответствующим измерительным устройством при невыполнении этого условия достоверности подавляется.
Фиг. 2 показывает, наконец, пример выполнения сети энергоснабжения, в котором только положение устройства локализации неисправностей отличается от ситуации согласно фиг. 1. Вместо встраивания в одно из измерительных устройств или в защитное устройство, устройство локализации неисправностей в соответствии с фиг. 2 интегрировано в устройство 20 обработки данных сетевого центра управления (например, систему SCADA), который управляет и контролирует работу сети энергоснабжения. В остальном при обнаружении и локализации неисправностей применяется процедура, уже описанная со ссылкой на фиг. 1, так что нет необходимости рассматривать ее отдельно снова.
Таким образом, выше был описан способ, который обеспечивает возможность обнаружения и локализации неисправности и изоляцию в запитываемых с одной стороны линиях энергоснабжения. Обнаружение и локализация неисправностей являются надежными по отношению к вводам питания или потребителям на участках линии энергоснабжения, и реализуется чувствительный способ измерения тока, который выполняется в измерительных устройствах, которые контролируют соответствующий участок линии. В принципе, требуются только токи, измеряемые посредством преобразователей тока, так что не требуется обеспечивать дорогостоящие преобразователи напряжения (однако в имеющихся преобразователях напряжения может также использоваться сигнал напряжения). Способ характеризуется тем, что передается лишь немного, в основном двоичных, данных, которые могут быть сформированы, например, в виде GOOSE-сообщения в соответствии с IEC 61850. Оценка этих сигналов происходит в самих измерительных устройствах или в вышестоящем устройстве, которое может, например, быть предусмотрено на вводе питания. Неисправный участок линии может быть отключен от сети путем размыкания ограничивающих его переключающих устройств. С помощью дополнительных операций переключения те участки линии сети энергоснабжения, которые не затронуты коротким замыканием, могут снова снабжаться током. За счет этого можно в пределах секунд вновь восстановить электропитание участков линии, не затронутых неисправностью.