Способ двухстороннего волнового определения места повреждения линии электропередачи с кабельными вставками
METHOD FOR TWO-SIDED WAVE DETERMINATION OF THE FAULT LOCATION OF A POWER LINE WITH CABLE INSERTS

Изобретение относится к электротехнике, а именно к релейной защите и автоматике, и может быть использовано для определения места повреждения линии электропередачи с кабельными вставками (КВЛ).
Известен способ двухстороннего волнового определения места повреждения КВЛ (S. Marx, Y. Tong and M.V. Mynam, "Traveling-Wave Fault Locating for Multiterminal and Hybrid Transmission Lines", 45th Annual Western Protective Relay Conference Spokane, October 16–18, 2018), согласно которому место повреждения определяют по измерениям двух устройств, устанавливаемых по концам КВЛ. В каждом устройстве синхронно с другим устройством измеряют фазные токи или напряжения в месте своей установки, преобразуют их в контролируемый сигнал, определяют в нем момент возникновения фронта первоначальной волны и передают информацию о нем через каналы связи другому устройству, определяют длительность интервала между моментами возникновения фронтов первоначальных волн и сравнивают ее с заранее рассчитанными диапазонами времен. Упомянутые диапазоны времени рассчитываются для каждого участка КВЛ (участка неоднородности). Для этого полагают расположение места повреждения сначала на одном конце, а затем на другом конце участка. При этом для обоих принятых мест повреждения рассчитывают длительность интервала между моментами возникновения фронтов первоначальных волн с использованием длин участков КВЛ и скорости распространения волны на каждом участке. В способе идентифицируют поврежденный участок и определяют место повреждения на КВЛ сопоставляя упомянутые диапазоны времени с разностью времен возникновения фронтов первоначальных волн при КЗ в месте установки устройств.
Также известен способ двухстороннего волнового определения места повреждения КВЛ (L. Wang, H. Liu, L. V. Dai and Y. W. Liu, Novel method for identifying fault location of mixed lines, ENERG FUEL, vol. 11, no. 6, pp. 1-19, Jun. 2018), согласно которому место повреждения определяют по измерениям двух устройств, установленных по концам КВЛ. В каждом устройстве синхронно с другим устройством измеряют фазные токи или напряжения в месте своей установки, преобразуют их в контролируемый сигнал, определяют в нем момент возникновения фронта первоначальной волны и передают информацию о нем через каналы связи другому устройству, определяют длительность интервала между моментами возникновения фронтов первоначальных волн. Последовательно принимают каждую секцию условно поврежденной и рассчитывают расстояние до места повреждения, используя длительность интервала между моментами возникновения фронтов первоначальных волн и скорость распространения волны в каждой секции. Если координата рассчитанного места повреждения находится в пределах условно поврежденной секции, то это место принимается за место повреждения на КВЛ.
Известен способ двухстороннего волнового определения места повреждения КВЛ (B. Kasztenny, A. Guzmán, M. V. Mynam and T. Joshi, "Locating faults before the breaker opens – Adaptive autoreclosing based on the location of the fault," 2018 71st Annual Conference for Protective Relay Engineers (CPRE), 2018, pp. 1-15) основанный на использовании характеристики распространения волны, представляющую собой зависимость времени распространения волны вдоль КВЛ с учетом скорости распространения на отдельных участках КВЛ в направлении от устройства к противоположному концу КВЛ. Согласно ему место повреждения определяют по измерениям двух устройств, установленных по концам КВЛ. При этом в каждом устройстве синхронно с другим устройством измеряют фазные токи или напряжения в месте своей установки, преобразуют их в контролируемый сигнал, определяют в нем момент возникновения фронта первоначальной волны и передают информацию о нем через каналы связи другому устройству. После этого, принимая КВЛ однородной, формируют предварительную характеристику распространения волны, представляющую собой зависимость времени распространения волны в направлении от устройства к противоположному концу КВЛ. При этом скорость распространения волны вдоль КВЛ задают как среднюю скорость распространения волны вдоль всей КВЛ. Определяют длительность интервала между моментами возникновения фронтов первоначальных волн около устройств и рассчитывают промежуточное расстояние до места повреждения, используя среднюю скорость распространения волны вдоль КВЛ. По предварительной характеристике распространения волны определяют время пробега волны от промежуточного места повреждения до места установки устройства. Расстояние до места повреждения определяют как значение на характеристике распространения волны в момент времени, равный упомянутому времени пробега волны.
Этот способ является наиболее близким к предлагаемому способу по использованию, технической сущности и достигаемому техническому результату, и принят за прототип.
Технический результат, достигаемый предлагаемым способом, заключается в упрощении способа определения места повреждения на линиях электропередачи с кабельными вставками.
С этой целью в известный способ двухстороннего волнового определения места повреждения линии электропередачи с кабельными вставками, согласно которому место повреждения определяют по измерениям двух устройств, устанавливаемых по концам КВЛ, в каждом устройстве синхронно с другим устройством измеряют фазные токи или напряжения в месте своей установки, преобразуют их в контролируемый сигнал, определяют в нем момент возникновения фронта первоначальной волны и передают информацию о нем через каналы связи другому устройству, формируют характеристику распространения волны, представляющую собой зависимость времени распространения волны вдоль КВЛ с учетом скорости распространения на отдельных участках КВЛ в направлении от устройства к противоположному концу КВЛ, вводят новые операции. Их сущность заключается в том, что по информации о моменте возникновения фронтов первоначальных волн определяют устройство, в контролируемом сигнале которого фронт первоначальной волны возникает раньше, чем у другого устройства, и принимают его за лидирующее, а другое устройство – за ведомое. В каждом устройстве формируют значения основного и дополнительного сигналов, пропорциональные собственной характеристике распространения волны и характеристике распространения волны другого устройства соответственно. Причем при формировании характеристики распространения волны для ведомого устройства отсчет времени ведут с нуля, а для лидирующего устройства – со значения, равного разности времен возникновения фронтов первоначальных волн в контролируемых сигналах ведомого и лидирующего устройств. Основной и дополнительный сигналы сравнивают компаратором, и координату на КВЛ, при которой величина основного сигнала превысит величину дополнительного сигнала и приводит к срабатыванию компаратора, принимают за место повреждения.
Вторая реализация способа отличается тем, что фазные токи линейно преобразуют в контролируемый сигнал тока, а фазные напряжения – в контролируемый сигнал напряжения согласно одному из правил модальных преобразований, например, преобразования Кларк, с последующим заграждением основной гармоники.
Новые операции позволяют упростить способ определения места повреждения на линиях электропередачи с кабельными вставками.
На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого способа. Схема содержит: блок приема информации по каналу связи 1; блок формирования контролируемого сигнала 2; блок определения момента возникновения фронта первоначальной волны 3; блок определения роли устройства 4; пусковой орган определения места повреждения 5; блок формирования координаты предполагаемого места повреждения 6; блок формирования характеристик распространения волн 7; компаратор 8; блок памяти 9; блок отправки информации по каналу связи 10.
1
3
2
o
На фиг. 2 представлены характеристики распространения волны по КВЛ с тремя участками однородности L – L (L – кабельная вставка), построенные для лидирующего устройства FL.
o
Поясним суть изобретения на примере устройства FL (фиг. 2).
Будем считать, что устройства используют синхронные измерения фазных токов  (ν = A, B, C – обозначение фаз). Измерения токов  преобразуют в блоке 2 в контролируемый сигнал , в котором фронты волн представлены более выраженно (фиг. 1).
Для этого сначала получают сигнал волнового канала, используя одно из правил модальных преобразований, например, преобразования Кларк. Обычно находят сигнал воздушного волнового канала, например, -канала:
.
Выбор воздушного канала объясняется меньшим затуханием волн в канале.
После этого путем заграждения основной гармоники в сигнале волнового канала  получают контролируемый сигнал , который содержит только сигналы волн. С этой целью в блоке формирования контролируемого сигнала 2 предусматривают специальный фильтр заграждения основной гармоники.
Принцип действия способа основан на построении характеристик распространения волны по КВЛ. Характеристики распространения волны представляют собой зависимость времени пробега волны t вдоль КВЛ с учетом скорости распространения на отдельных участках КВЛ в направлении от устройства к противоположному концу КВЛ. Место повреждения на КВЛ может быть определено любым из устройств, но для способа принципиально важно ранжировать устройства, т.е. определить какое из них является лидирующим, а какое – ведомым.
o
o
an
an
Для этого в блоке 3 каждого из устройств определяют момент возникновения фронта первоначальной волны в контролируемом сигнале  (в устройстве FL – момент T, а в другом устройстве FL – момент T) и передают информацию о нем через блок 10 и каналы связи другому устройству.
В момент возникновения фронта первоначальной волны сигнал блока 3 приводит к срабатыванию пускового органа 5, запуская в работу алгоритм определения места повреждения.
Для определения роли устройства в процедуре локализации места повреждения в блоке 4 сравниваются моменты возникновения фронтов первоначальных волн в контролируемых сигналах своего и другого устройств. Информацию о моменте возникновения фронта первоначальной волны в другом устройстве получают по каналу связи через блок 1. За лидирующее принимают устройство, в контролируемом сигнале которого фронт первоначальной волны возникает раньше, чем у другого устройства. При этом сигнал DevT на выходе блока 4 устройства принимает уровень логической единицы, определяя роль устройства как лидирующего. Другое устройство в этом случае принимают за ведомое.
1
o
o
an
В примере фиг. 2 принято, что повреждение произошло на участке однородности L, и устройство FL первым фиксирует момент возникновения первоначальной волны. Следовательно, его сигнал DevT принимает уровень логической 1, и устройство FL принимается за лидирующее, а устройство FL – за ведомое. У ведомого устройства сигнал DevT = 0.
В блоке 6 формируется координата предполагаемого места КЗ и поступает на вход блока 7, где формируются характеристики распространения волн для лидирующего и ведомого устройств.
an
an
o
Отсчет времени при формировании характеристики распространения волны ведомого устройства FL начинают с нуля, а лидирующего устройства – с момента, равного разности времен возникновения фронтов первоначальных волн в контролируемых сигналах ведомого и лидирующего устройств. В рассматриваемом примере (фиг. 2) эта разность равна T – T.
b
a
b
a
Для каждой координаты , формируемой блоком 6, на КВЛ в направлении от устройства к противоположному концу в блоке 7 формируют основной S и дополнительный S сигналы, пропорциональные своей и чужой характеристике распространения волны. Основной и дополнительный сигналы сравнивают компаратором 8. Координату  на КВЛ, при которой основной сигнал S превысит дополнительный сигнал S и приводит к срабатыванию компаратора 8, принимают за место повреждения (точка  на фиг. 2). Фиксация расстояния до места повреждения, отсчитываемой от места установки устройства, осуществляют блоком памяти 9 по сигналу срабатывания компаратора 8.
В ведомом устройстве расстояние до места повреждения определяется аналогично на основе тех же характеристик распространения волны, принимая во внимание, что координата в этом случае отсчитывается от ведомого устройства к лидирующему, а основной сигнал пропорционален сигналу ведомого устройства, дополнительный – сигналу лидирующего устройства.
Таким образом, использование основной и дополнительной характеристик распространения волны позволяет упростить способ двухстороннего волнового определения места повреждения.