СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАССТОЯНИЯ ДО МЕСТА ПОВРЕЖДЕНИЯ НА ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
METHOD TO DETECT DISTANCE TO AREA OF DAMAGE ON POWER TRANSMISSION LINE

Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики и может быть использовано для определения места повреждения в трехфазной линии электропередачи (ЛЭП) высокого и сверхвысокого напряжения.
Известен способ определения места повреждения на линиях электропередачи, использующий волновой метод двусторонних измерений, по которому фиксируют электромагнитные волны, возникающие в месте короткого замыкания (КЗ) и распространяющиеся к концам линий, в моменты достижения фронтами волн концов линии, измеряют и фиксируют разность прихода этих фронтов путем остановки счетчиков хронирующих импульсов, передаваемых по каналам связи и обеспечивающих синхронность хода счетчиков (привязку моментов отсчета) (Шалыт Г.М. Определение мест повреждения линий электропередачи импульсными методами. М.: Энергия, 1968).
Недостатком способа является неучет при фиксации момента прихода фронтов волн к концам линии таких факторов, как многофазность ЛЭП, форма расположения фаз на опорах этих ЛЭП, степень искажения составляющих волн по фазам.
1
Известно техническое решение, заключающееся в определении расстояния до места повреждения на линии электропередачи, по которому измеряют и синхронизируют токи фаз линии на каждом из концов линии, формируют математические комбинации этих токов, выделяют аварийные составляющие этих комбинаций, последовательно фиксируют момент времени превышения аварийными составляющими порогового значения на данном конце линии и с помощью глобальной системы позиционирования момент времени превышения аварийными составляющими порогового значения на другом конце линии, измеряют разность этих двух моментов времени, вычисляют расстояние L до места повреждения линии по выражению:
1
1
2
L=(L+(t-t)xV)/2,
1
2
где L - длина линии электропередачи, V - скорость распространения аварийных составляющих, (t-t) - разность указанных двух моментов времени (Patent USA №6, 597, 180 B1, Jul, 22,2003).
Одним из недостатков этого технического решения является использование в качестве измеряемого сигнала суммы токов фаз линии, то есть составляющих «фазы-земля», которые существенно искажаются при пробеге по линии от места повреждения, особенно с ростом ее длины. Другим недостатком является зависимость уровня токов фаз линии от величины эквивалентного сопротивления энергосистемы, примыкающей к ЛЭП, на которой определяется место повреждения. При его величине, большей волнового сопротивления линии (например, при отсутствии на одном из концов ЛЭП других отходящих линий, кроме данной), уровни токов существенно снижаются, что ухудшает процесс фиксации превышения аварийными составляющими токов порогового значения.
Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое техническое решение, является повышение чувствительности и точности определения места повреждения на линии электропередачи за счет того, что стабилизируют уровни сигналов, с помощью которых фиксируют превышение порогового значения, путем использования величины напряжения падающей волны, распространяющейся от места повреждения к концу линии, где производится определение места повреждения, и вычисляемой по выражению:
пад
2U=u+z·I.
Здесь u и i - соответственно напряжение и ток в конце линии, где производится определение места повреждения, z - волновое сопротивление линии. В данном техническом решении величина коэффициента, соответствующая волновому сопротивлению линии, принимается равной междуфазному волновому сопротивлению линии с учетом фактических значений коэффициентов трансформации измерителей напряжения и тока линии.
Технический результат достигается тем, что в способе определения расстояния до места повреждения на линии электропередачи, по которому измеряют и синхронизируют токи фаз линии на каждом из концов линии, формируют математические комбинации этих токов, выделяют аварийные составляющие этих комбинаций, последовательно фиксируют момент времени превышения аварийными составляющими порогового значения на данном конце линии и с помощью глобальной системы позиционирования момент времени превышения аварийными составляющими порогового значения на другом конце линии, измеряют разность этих двух моментов времени и вычисляют расстояние до места повреждения, дополнительно измеряют и синхронизируют на каждом из концов линии напряжения фаз линии, формируют из этих напряжений их математические комбинации и выделяют аварийные составляющие этих комбинаций, фиксируют превышение пороговых значений составляющими, образованными суммированием аварийных составляющих математических комбинаций напряжений фаз с аварийными составляющими математических комбинаций соответствующих фазных токов, умноженными на коэффициент, равный эквивалентному значению междуфазного волнового сопротивления, при этом в качестве математических комбинаций токов фаз принимают междуфазные токи, а в качестве математических комбинаций напряжений фаз - междуфазные напряжения, измеряют сдвиг по времени мгновенных значений токов и напряжений по концам линии.
Сущность предложенного изобретения поясняется чертежом, где изображено устройство, реализующее способ определения расстояния до места повреждения на воздушной линии электропередачи.
А
B
C
А
B
C
А
B
C
B
B
C
Способ реализуется с помощью устройства, содержащего измеритель V напряжения фазы A, выход которого подключен к первому входу блока 1 формирования междуфазного напряжения фаз A и B, измеритель V напряжения фазы B, выход которого подключен к первому входу блока 2 формирования междуфазного напряжения фаз B и C, измеритель V напряжения фазы C, выход которого подключен к первому входу блока 3 формирования междуфазного напряжения фаз C и A, к второму входу которого подключен выход измерителя V напряжения фазы A, к второму входу блока 1 формирования междуфазного напряжения фаз A и B подключен выход измерителя V напряжения фазы B, к второму входу блока 2 формирования междуфазного напряжения фаз B и C подключен выход измерителя V напряжения фазы C, выход блока 1 формирования междуфазного напряжения фаз A и B через блок 4 выделения аварийных составляющих соединен с первым входом блока 5 суммирования, выход блока 2 формирования междуфазного напряжения фаз B и C через блок 6 выделения аварийных составляющих соединен с первым входом блока 7 суммирования, выход блока 3 формирования междуфазного напряжения фаз C и A через блок 8 выделения аварийных составляющих соединен с первым входом блока 9 суммирования, измеритель А тока фазы A, выход которого подключен к первому входу блока 10 формирования междуфазного тока фаз A и B, измеритель A тока фазы B, выход которого подключен к первому входу блока 11 формирования междуфазного тока фаз B и C, измеритель A тока фазы C, выход которого подключен к первому входу блока 12 формирования междуфазного тока фаз C и A, к второму входу которого подключен выход измерителя A тока фазы A, к второму входу блока 10 формирования междуфазного тока фаз A и B подключен выход измерителя A тока фазы В, к второму входу блока 11 формирования междуфазного тока фаз B и C подключен выход измерителя A тока фазы C, выход блока 10 формирования междуфазного тока фаз A и B через последовательно соединенные блок 13 выделения аварийных составляющих и блок 14 умножения соединен с вторым входом блока 5 суммирования, выход блока 11 формирования междуфазного тока фаз B и C через последовательно соединенные блок 15 выделения аварийных составляющих и блок 16 умножения соединен с вторым входом блока 7 суммирования, выход блока 12 формирования междуфазного тока фаз C и A через последовательно соединенные блок 17 выделения аварийных составляющих и блок 18 умножения соединен с вторым входом блока 9 суммирования, выход блока 5 суммирования через пороговый орган 19 соединен с первым входом элемента 20 ИЛИ, выход блока 7 суммирования через пороговый орган 21 соединен с вторым входом элемента 20 ИЛИ, выход блока 9 суммирования через пороговый орган 22 соединен с третьим входом элемента 20 ИЛИ, выход которого подключен к первому входу центрального процессора 23, к второму входу которого подключен приемник 24 глобальной системы позиционирования, а к третьему входу - выход релейной защиты 25 линии.
Определение места повреждения на линии электропередачи осуществляется следующим образом. В нормальном режиме работы линии электропередачи на выходах блоков 4, 6 и 8 выделения аварийных составляющих междуфазных напряжений и на выходах блоков 13, 15 и 17 выделения аварийных составляющих междуфазных токов сигналы не формируется. При переключениях в сети, в том числе и на данной линии электропередачи, блоки 4, 6, 8, 13, 15 и 17 выделения аварийных составляющих формируют отдельные сигналы, но определения места повреждения не производится из-за отсутствия условий для срабатывания релейной защиты 25. При возникновении на линии короткого замыкания на выходах блоков 4, 6 или 8 выделения аварийных составляющих междуфазных напряжений формируются сигналы аварийных составляющих междуфазных напряжений переходного процесса, а на выходах блоков 13, 15 или 17 выделения аварийных составляющих междуфазных токов формируются сигналы аварийных составляющих междуфазных токов переходного процесса. Каждая аварийная составляющая соответствующих междуфазных токов умножается на коэффициент, равный эквивалентному значению междуфазного волнового сопротивления, с помощью соответственно блоков 14, 16 и 18 умножения. Результаты умножения с выхода блоков 14, 16 и 18 умножения подаются на первые входы соответственно блоков 5, 7 и 9 суммирования, на вторые входы которых подаются сигналы с выходов соответственно блоков 4, 6 и 8 выделения аварийных составляющих. На выходах блоков 5, 7 и 9 суммирования формируются сигналы, соответствующие междуфазным значениям напряжений падающих от места КЗ к концу линии волн. Если выходные сигналы блоков 5, 7 или 9 суммирования превышают уровни срабатывания соответственно пороговых органов 19, 21 или 22, то с выходов этих органов подаются сигналы на входы элемента 20 ИЛИ. С выхода элемента 20 ИЛИ и с выхода приемника 24 глобальной системы позиционирования на центральный процессор 23 подаются сигналы, соответствующие моментам времени превышения уровней срабатывания пороговых органов 19, 21 или 22 по концам линии. Центральный процессор 23 осуществляет расчет расстояния до места повреждения по выражению
1
1
2
L=(L+(t-t)xV)/2,
за счет измерения и фиксации разновременности Δt формирования падающих волн по концам линии. Центральный процессор 23 также измеряет длительность временного сдвига мгновенных значений токов и напряжений одноименных фаз по концам линии при отключении КЗ, что позволяет определить фактическую длину L линии при коротком замыкании на ней.
Выполнение таким образом способа, предназначенного для определения места повреждения линии, позволит повысить чувствительности и точность определения места повреждения за счет использования падающих волн, формирующихся непосредственно в месте возникновения переходного процесса сразу же после возникновения повреждений на линии. Следует отметить, что помимо места КЗ предложенное техническое решение способно определять и обрыв фазы линии. При этом, если учет использования факта срабатывания релейной защиты линии позволяет выявить место КЗ на защищаемой линии, то место обрыва может быть определено, например, при использовании факта срабатывания устройства контроля несимметрии фазных токов или напряжений на данной линии.