СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА ПОВРЕЖДЕНИЯ ПРИ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЯХ В ЛИНИЯХ НЕЙТРАЛИ, СОЕДИНЯЮЩИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ПОДСТАНЦИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
METHOD TO DETERMINE AREA OF DAMAGE IN CASE OF SHORT CIRCUITS IN NEUTRAL LINES THAT CONNECT CONVERTING SUBSTATIONS OF DC POWER TRANSMISSION

Область техники
Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для определения места повреждения (ОМП) в линиях нейтралей, соединяющих средние точки преобразовательных подстанций электропередач постоянного тока (ППТ) высокого напряжения.
Уровень техники
В последнее время из-за ужесточения нормирования длительности протекания постоянного тока несимметрии ППТ по земле, связанного с необходимостью защиты от коррозии подземных (подводных) трубопроводов, в схемах ППТ применяют так называемый металлический возврат постоянного тока.
Для этого «средние» точки преобразовательных подстанций биполярных ППТ соединяют воздушными линиями (нейтраль), с проводами, обычно подвешенными на тех же опорах, на которых подвешиваются провода полюсов линии. Причем, для повышения надежности передачи используют две параллельные линии, так, как это сделано, например, на ППТ Kii Channel [1] (см. фиг.1).
В схеме ППТ с двумя параллельными воздушными линиями в нейтралях возможны грозовые перекрытия изоляции этих линий, сопровождающиеся ответвлением постоянного тока несимметрии нагрузок полюсов ППТ в землю с замыканием ответвившегося тока через заземление преобразовательной подстанции (см. фиг.2). Опасность такого процесса связана с возможностью длительного горения дуги постоянного тока и повреждением изоляции и проводов.
Релейная защита линии постоянного тока должна при этом подавать сигнал на коммутационные аппараты, установленные в линиях нейтралей для отключения поврежденного провода. После чего требуется определить место повреждения на нейтралях.
Известен способ определения замыкания на землю в параллельных проводах [2], однако он требует применения постороннего источника питания и сложных перекоммутаций проводов.
Известен также способ [3], принятый нами за прототип, в котором определение места повреждения на параллельных связях переменного тока производят путем определения разности тока каждой фазы, полученного с одного конца линии и тока этой же фазы, полученного с другого конца, сравнения этой разности с уставкой и определения поврежденной фазы и места повреждения.
Недостатком способа [3] при применении его на линиях нейтралей ППТ является низкая достоверность определения места повреждения. Связано это с другим характером распределения токов в линиях нейтралей ППТ и с влиянием переходного сопротивления в месте к.з., поскольку величина этого сопротивления неизвестна.
Раскрытие изобретения
Целью изобретения является повышение достоверности дистанционного определения места повреждения в линиях нейтральных проводов ППТ при коротких замыканиях на землю.
Указанная цель достигается фиксацией текущих мгновенных значений токов по концам участков нейтралей ППТ, выделением в них постоянных составляющих и вычислением расстояния до места повреждения с учетом активных сопротивлений проводов нейтрали.
Сущность заявляемого способа состоит в том, что для определения места повреждения, вызванного коротким замыканием на землю, нейтрального провода учитывается распределение токов в линиях нейтралей ППТ по соотношению активных сопротивлений участков нейтрального провода и определяется расстояние до места повреждения на основе учета погонных активных сопротивлений нейтральных проводов.
Для реализации заявляемой сущности изобретения после появления постоянного тока в заземляющем проводе средней точки преобразовательной подстанции, фиксируют текущие мгновенные значения аварийных токов по концам каждого нейтрального провода, выделяют в них постоянные составляющие и вычисляют расстояние до места повреждения с учетом активных сопротивлений проводов нейтралей по формуле (I):
<mrow><msub><mi>l</mi><mi>x</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>r</mi><mn>1</mn></msub><mo>⋅</mo><msub><mi>i</mi><mrow><mn>11</mn></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>r</mi><mn>2</mn></msub><mo>⋅</mo><msub><mi>i</mi><mrow><mn>21</mn></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mi>r</mi><mn>0</mn></msub><mo>⋅</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>i</mi><mrow><mn>22</mn></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>i</mi><mrow><mn>21</mn></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
1
где r - активное сопротивление неповрежденного нейтрального провода,
2
r - активное сопротивление поврежденного нейтрального провода,
0
r - погонное активное сопротивление нейтральных проводов,
11
i - постоянная составляющая тока в начале неповрежденного нейтрального провода,
21
i - постоянная составляющая тока в начале поврежденного нейтрального провода,
22
i - постоянная составляющая тока в конце поврежденного нейтрального провода.
Осуществление изобретения
Сущность заявляемого изобретения поясняется фигурами 2, 3, 4.
На фиг.2 изображена схема биполярной передачи постоянного тока высоковольтной воздушной линии (ВЛ) с двумя нейтральными линиями. На схеме приведены преобразователи 1-4 полуцепей ППТ, линейные реакторы 5-8, полюсные провода 9, 10 ВЛ, провода нейтралей 11, 12, трансформаторы тока 13-16 в линиях нейтралей по концам, датчик 17 тока в цепи заземления 18 средней точки одной из преобразовательных подстанций, датчик 19 напряжения нейтрали.
При коротком замыкании на одном из нейтральных проводов часть тока линии нейтрали, например 12, ответвляется и через заземление 20 опоры и заземление 18 средней точки преобразовательной подстанции возвращается в схему нейтралей ППТ.
3
3
11
12
21
22
11
12
21
22
На фиг.3 изображены микропроцессорные блоки обработки сигналов аварийного процесса 21-24. При аварии появляется постоянный ток в заземлении 18 нейтрали, который с датчика 17 поступает на вход блока 21 предварительной обработки сигнала i. В блоке 21 анализируют ток i и, при превышении им заданного уровня, подают сигнал на запуск блока 22 обработки сигналов i, i, i, i в течение заданного времени Т. Полученные в блоке 22 значения постоянных составляющих токов i, i, i, i передаются в блок 23 вычисления расстояния до места повреждения, результат вычисления выводится на экран (табло) 24. Последовательность действий контролируется процессором 25.
В качестве примера реализации способа приводим осциллограммы, полученные на цифровой модели проектируемой ППТ ЛАЭС-2 - ПС Выборгская, в которой предполагается использовать описанную выше схему линий нейтрали (фиг.4).
Цифровая модель ППТ ЛАЭС-2 - ПС Выборгская (в среде ЕМТР) отражает линию постоянного тока с 12-фазными преобразователями по схеме фиг.2. При к.з. на расстоянии 50 км от инверторной ПС осциллограммы токов линии нейтрали соответствуют приведенным на фиг.4.
Постоянные составляющие токов, определенные расчетом составили:
11
12
21
22
3
i=-882,1 A, i=-882,1 A, i=-916,3 А, i=-833 А, i=83 А.
x
Расчет расстояния до места к.з. с учетом параметров проводов нейтрали приводит к результату: l=50,2 км
Источники информации
1. Hasegawa Т. et.al. «System design of the Kii Channel HVDC link», CIGRE, 14-103, 1996
2. «Method for detecting ground-fault point in trolley power transmission line», JP 2000284016 (A), 2000
3. «Method and device for locating fault point», JP 3107776 (A), 1991