СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА ОБРЫВА ПРОВОДА НА ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
METHOD OF DETERMINING POINT OF WIRE BREAKAGE ON OVERHEAD TRANSMISSION LINE

Предлагаемое изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для определения места обрыва провода на воздушных линиях электропередачи на основе измерения параметров аварийного режима с двух концов линии.
Изобретение относится к приоритетному направлению развития науки и технологий «Технологии создания энергосберегающих систем транспортировки, распределения и потребления тепла и электроэнергии» [Алфавитно-предметный указатель к Международной патентной классификации по приоритетным направлениям развития науки и технологий / Ю.Г. Смирнов, Е.В. Скиданова, С.А. Краснов. - М.: ПАТЕНТ, 2008. - С. 97], так как решает проблему уменьшения времени задержек при транспортировке электроэнергии потребителям в случае повреждения электрических сетей.
Известен способ определения места обрыва одной фазы воздушной линии электропередачи [Ластовкин В.Д. Диагностика ВЛ 110-220 кВ под рабочим напряжением. Определение мест обрыва фазы // Новости ЭлектроТехники: Информ. - справ. изд. - 2010. - №2(62). - С. 28-32], заключающийся в том, что сначала выявляют признаки обрыва одной фазы, приведшего к отключению воздушной линии, затем включают ненагруженную воздушную линию под напряжение и измеряют в фазах емкостные токи, используя приборы, например, РЕТОМЕТР, ПАРМА-ВАФ или ВАФ-85, подключая их во вторичные цепи (с одного конца линии). По результатам измерений определяют расстояние до места обрыва фазы - сравнивают измеренный емкостной ток с расчетным емкостным током линии.
Недостатками способа являются его многоэтапность, неучет распределенности параметров линии электропередачи и низкая точность определения места обрыва фазы воздушной линии, необходимость отключения линии.
Известен способ определения места обрыва одной фазы воздушной линии электропередачи [патент RU 2455654], заключающийся в том, что производят мониторинг электрической сети расположенным на питающей сеть подстанции ведущим устройством, осуществляющим сканированием сети предварительный сбор информации о целостности сегментов сети путем опроса ведомых устройств. Ведомые устройства, расположенные на границах сети на каждом конце линии разветвленной сети, подают высокочастотные напряжения прямой последовательности на все три фазных провода линии электропередачи, сдвинутые по фазе друг относительно друга на 120°, а ведущее устройство принимает и записывает трехфазное высокочастотное напряжение, получаемое ведущим устройством от каждого ведомого устройства в отдельности, при этом при совместной обработке всех записанных трехфазных высокочастотных сигналов со всех ведомых устройств определяют место обрыва фазы воздушной линии электропередачи.
Недостатком способа является то, что определяется не точное место обрыва одной фазы, а лишь сегмент сети, где произошел обрыв фазы, а также неучет распределенности параметров линии электропередачи.
Известен способ определения места обрыва одной фазы воздушной линии электропередачи [патент RU 2508555], выбранный в качестве прототипа, заключающийся в том, что производят мониторинг электрической сети. При этом измеряют массивы мгновенных значений сигналов напряжений и токов трех фаз в начале 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 одноименных сигналов фаз В и С соответственно на углы 120° и 240°, далее одновременно определяют массивы мгновенных значений симметричных составляющих напряжений и токов прямой и обратной последовательностей фазы А в начале и конце линии и соответствующие им векторные значения напряжений и токов, затем по результатам измерений рассчитывают расстояние до места обрыва фазы.
Предложенный способ является более точным за счет учета распределенности параметров воздушной линии электропередачи и использования в качестве исходных данных массивов мгновенных значений токов и напряжений, измеренных на обоих концах линии.
Недостатком способа является то, что не учитывается пофазное различие продольных и поперечных параметров линии, а также то, что для его реализации необходимо использовать специальное устройство, которое промышленно не производится.
Указанные недостатки могут приводить к погрешности в определении места повреждения из-за усреднения величин сопротивлений линии и значительным затратам при реализации.
Изобретение направлено на решение задачи по созданию технологий, позволяющих повысить эффективность электроснабжения.
Технический результат изобретения заключается в повышении точности определении места обрыва провода линии за счет учета величин полных фазных и междуфазных сопротивлений линии при использовании измеренных аварийных величин фазных токов и напряжений.
AA
BB
CC
AB
AC
BA
BC
CA
CB
AA
BB
CC
AB
AC
BA
BC
CA
CB
<mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mover accent="true"><mi>I</mi><mo>˙</mo></mover><msub><mo>'</mo><mi>A</mi></msub><mo>,</mo><mover accent="true"><mi>I</mi><mo>˙</mo></mover><msub><mo>'</mo><mi>B</mi></msub><mo>,</mo><mover accent="true"><mi>I</mi><mo>˙</mo></mover><msub><mo>'</mo><mi>C</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mover accent="true"><mi>I</mi><mo>˙</mo></mover><mo>'</mo><msub><mo>'</mo><mi>A</mi></msub><mo>,</mo><mover accent="true"><mi>I</mi><mo>˙</mo></mover><mo>'</mo><msub><mo>'</mo><mi>B</mi></msub><mo>,</mo><mover accent="true"><mi>I</mi><mo>˙</mo></mover><mo>'</mo><msub><mo>'</mo><mi>C</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mover accent="true"><mi>U</mi><mo>˙</mo></mover><msub><mo>'</mo><mi>A</mi></msub><mo>,</mo><mover accent="true"><mi>U</mi><mo>˙</mo></mover><msub><mo>'</mo><mi>B</mi></msub><mo>,</mo><mover accent="true"><mi>U</mi><mo>˙</mo></mover><msub><mo>'</mo><mi>C</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mover accent="true"><mi>U</mi><mo>˙</mo></mover><mo>'</mo><msub><mo>'</mo><mi>A</mi></msub><mo>,</mo><mover accent="true"><mi>U</mi><mo>˙</mo></mover><mo>'</mo><msub><mo>'</mo><mi>B</mi></msub><mo>,</mo><mover accent="true"><mi>U</mi><mo>˙</mo></mover><mo>'</mo><msub><mo>'</mo><mi>C</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
Технический результат достигается за счет того, что в способе определения места обрыва провода воздушной линии электропередачи по замерам с двух ее концов, имеющей комплексные сопротивления проводов фаз Z, Z, Z, междуфазные комплексные сопротивления Z, Z, Z, Z, Z, Z, емкостные проводимости проводов фаз линии на землю Y, Y, Y, емкостные междуфазные проводимости линии Y, Y, Y, Y, Y, Y, соединяющей две питающие системы, в котором измеряют с двух концов линии (′ - один конец линии, ′′ - второй конец линии) несинхронизированные по углам комплексные фазные токи
,
и напряжения
,
основной частоты в момент обрыва, расчетным путем определяют значение расстояния до места обрыва, согласно изобретению предварительно формируют модель линии, как значения продольных и поперечных параметров N участков схемы замещения линии в трехфазном виде:
;
,
AAij
BBij
CCij
где Z, Z, Z - значения собственных продольных сопротивлений фаз участка i-j линии (Ом);
ABij
ACij
BAij
BCij
CAij
CBij
Z, Z, Z, Z, Z, Z - значения взаимных продольных сопротивлений фаз участка i-j линии (Ом);
AAij
BBij
CCij
Y, Y, Y - значения собственных поперечных емкостных проводимостей фаз участка i-j линии (Ом);
ABij
ACij
BAij
BCij
CAij
CBij
Y, Y, Y, Y, Y, Y - значения взаимных поперечных емкостных проводимостей фаз участка i-j линии (Ом).
Значения собственных и взаимных сопротивлений определяются по общеизвестным выражениям (например, Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы в энергетических системах.  Изд-во «Энергия», 1970 г., с. 293, 294).
Значения емкостных проводимостей фаз на «землю» и взаимных емкостных проводимостей между фаз определяются по общеизвестным выражениям (например, Висящев А.Н. Приборы и методы определения места повреждения на линиях электропередачи. Учебное  пособие. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2001 г., с. 27-29).
Далее после получения значений измеренных фазных напряжений на шинах и токов с двух концов линии (′ - обозначение одного конца, ′′ - обозначение другого конца) задают поочередно точки j в конце каждого участка вдоль линии, формируют и сохраняют для двух концов линии значения комплексных фазных напряжений в каждой j-ой точке по выражениям:
;
,
где:
- значения комплексных фазных напряжений в каждой i-ой точке линии, для i=1 значения напряжений на шинах одного конца линии (В);
- значения комплексных фазных напряжений в каждой i-ой точке линии, для i=1 значения напряжений на шинах другого конца линии (В), где:
- значения комплексных фазных напряжений в каждой j-ой точке линии с одного конца линии (В);
- значения комплексных фазных напряжений в каждой j-ой точке линии с другого конца линии (В);
- значения комплексных фазных токов на участке i-j с одного конца линии, для i=1; значения комплексных фазных токов, измеренных с одного конца линии (А);
- значения комплексных фазных токов на участке i-j с другого конца линии, для i=1 значения комплексных фазных токов, измеренных с другого конца линии (А);
- значения продольных собственных и взаимных сопротивлений участков i-j схемы замещения линии с одного конца линии (Ом);
- значения продольных собственных и взаимных сопротивлений участков i-j схемы замещения линии с другого конца линии (Ом).
Далее формируют значения фазных токов в поперечных емкостных проводимостях в i-ой и j-ой точках участка линии по выражениям:
;
;
;
.
Если в j-ом узле включена отпайка, то формируют значения фазных токов в поперечных емкостных проводимостях и в отпайке в j-ой точке линии по выражениям:
;
.
Формируют и сохраняют значения фазных токов в продольных сопротивлениях в каждом (ij+1)-ом участке линии по выражениям:
;
,
где:
- значения поперечных собственных и взаимных емкостных проводимостей половины участка i-j схемы замещения линии с одного конца линии (Сим);
- значения поперечных собственных и взаимных емкостных проводимостей половины участка i-j схемы замещения линии с другого конца линии (Сим);
- значения сформированных фазных токов в поперечных емкостных проводимостях в начале каждого ij-ого участка линии с одного конца линии (А);
- значения сформированных фазных токов в поперечных емкостных проводимостях в начале каждого ij-ого участка линии с другого конца линии (А);
- значения сформированных фазных токов в поперечных емкостных проводимостях в конце каждого ij-ого участка линии с одного конца линии (А);
- значения сформированных фазных токов в поперечных емкостных проводимостях в конце каждого ij-ого участка линии с другого конца линии (А);
- значения фазных проводимостей отпайки, включающие в себя проводимости линии и трансформатора от отпайки до нагрузки и нагрузки отпайки (Сим).
Далее из сохраненных значений комплексных фазных токов  и  выделяются модули, по которым строятся графики с двумя осями зависимости модулей токов от номера участка (от расстояния). Точка пересечения графиков соответствует точке обрыва провода.
Таким образом, предлагаемое изобретение имеет следующие общие признаки с прототипом:
- Предварительно формируют расчетную модель линии.
- Измеряют фазные токи и напряжения в момент обрыва на линии на обоих концах линии.
- Передают информацию с одного конца линии на другой.
- Формируют промежуточные параметры.
- Определяют расчетным путем место обрыва провода.
Предлагаемое изобретение имеет следующие отличия от прототипа, что обуславливает соответствие технического решения критерию новизна:
- Схемы замещения линий составляют в трехфазном виде, что позволяет наиболее полно учесть физические параметры линии (взаимоиндукцию между проводами фаз линии, междуфазную емкость и емкость на землю).
- Схему замещения линий составляется из участков линии, что позволяет учесть различие в параметрах линий (транспозиция, различный тип опор, грозозащитный трос и т.п.) на каждом участке.
- По измеренным токам и напряжениям и параметрам схемы замещения линии рассчитывают контролируемый параметр - значения комплексных фазных токов  и , из которых выделяются модули, по которым строятся графики с двумя осями зависимости модулей токов от расстояния. Точка пересечения графиков соответствует точке обрыва провода.
Из уровня техники неизвестны отличительные существенные признаки заявляемых способов, охарактеризованных в формуле изобретения, что подтверждает ее соответствие условию патентоспособности «изобретательский уровень».
Способ реализуют следующим образом.
На предварительной стадии формируют полную модель линии, в трехфазном виде с учетом взаимоиндуктивных и емкостных связей между проводами линии и землей.
При возникновении обрыва провода измеряют и регистрируют значения комплексных фазных напряжений на шинах и фазных токов в линии.
Далее разбивают модель линии на равные участки, например от опоры до опоры, формируют напряжения в конце каждого участка в каждой фазе, начиная от шин с одного и другого концов линии, формируют токи в конце каждого участка в каждой фазе, начиная от шин с одного и другого концов линии, сохраняют модули фазных токов в каждом участке в каждой фазе, начиная от шин с одного и другого концов линии. По модулям токов строят графики с осями с двух сторон зависимости модулей токов от номера участка (от расстояния). Точка пересечения графиков с одного и другого концов линии соответствует точке обрыва.
Предложенный способ также позволяет определять место обрыва двух проводов, позволяет при этом учесть транспозицию линии. При этом не нужно выполнять синхронизацию замеров по концам линии.
Определение места повреждения, выполненное по предложенной методике, показало также полное отсутствие методической погрешности при изменениях нагрузочного режима в широких диапазонах.
Таким образом, использование полной модели линий в трехфазном виде и измеренных значений фазных токов и напряжений позволяет получить более точную модель, чем достигается более точное определение расстояния до места повреждения.