Способ определения места повреждения линии электропередачи и устройство для его осуществления
METHOD OF DETERMINING POINT OF DAMAGE OF POWER TRANSMISSION LINE AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики и может быть использовано для определения места повреждения линий электропередачи в электрических сетях 6-750 кВ.
Известно техническое решение для определения места повреждения линии электропередачи с использованием волнового метода и двухсторонних измерений [1], по которому измеряют токи и напряжения на каждом конце линии электропередачи, сравнивают их соответствующими статическими пороговыми значениями и фиксируют моменты прихода фронта электромагнитной волны, возникающей в месте короткого замыкания и распространяющейся к концам линий, посредством остановки счетчика синхронизирующих импульсов, передаваемых по выделенному каналу связи и обеспечивающих синхронность хода счетчиков (привязку моментов отсчета) на обоих концах линии электропередачи. Место повреждения вычисляется путем суммирования половинной длины линии и половинного произведения разности времени прихода этих фронтов на концы линии на скорость распространения электромагнитных волн вдоль линии.
Недостатком способа является низкая точность.
Наиболее близким по технической сущности решением является способ [2], по которому на каждом конце линии электропередачи измеряют токи и напряжения, выделяют из измеренных токов и напряжений аварийный сигнал, вычисляют коэффициент эксцесса выделенного аварийного сигнала внутри скользящего временного окна, сравнивают вычисленный коэффициент эксцесса с величиной порога, фиксируют момент превышения порога с помощью спутниковой навигационной системы. Для вычисления расстояния до места повреждения используют разность моментов времени прихода фронта аварийного сигнала на концы линии.
Устройство для реализации способа содержит на каждом конце линии измеритель напряжений и токов линии электропередачи, блок выделения аварийного сигнала и вычисления коэффициента эксцесса, компаратор, пороговый элемент и таймер. В устройстве счетный вход таймера подключен к выходу блока, принимающего синхронизирующие импульсы спутниковой навигационной системы. Фиксируемое таймером время прихода фронта аварийного сигнала передается на блок вычислителя места повреждения, который вынесен на диспетчерский пункт, связанный каналами связи с каждым концом линии. Блок вычислителя места повреждения может размещаться на каждом конце линии, в этом случае канал связи используется для обмена данными о времени прихода фронта аварийного сигнала на соответствующий конец линии электропередачи.
Недостатки данного технического решения заключаются в следующем.
Момент начала переходного процесса определяется разовым процессом выделения аварийного сигнала и вычисления коэффициента эксцесса в условиях скользящего временного окна, которым инициируется процессы срабатывания компаратора и пуска таймера. В результате, всевозможные негативные факторы, в том числе и аппаратные шумы, могут оказывать существенное влияние на момент пуска таймера, которым определяется метка времени прихода фронта аварийного сигнала. Следовательно, при разовой процедуре выделения метки времени вероятность неточного определения места повреждения оказывается достаточно высокой.
Второй недостаток заключается в том, что при пропадании сигнала глобального точного времени по причине потери связи со спутниковой системой, по меньшей мере, на одном из концов линии, результаты определения места повреждения будут заведомо недостоверными. При длительном отсутствии сигналов глобального точного времени устройство определения места повреждения оказывается неработоспособным. Таким образом, устройство, реализующее способ не может надежно функционировать на объектах, где возможны потери связи со спутниковой системой. Это сужает область применения технического решения.
Указанные недостатки обуславливают относительно низкую надежность и ограниченную область применения.
Целью предложенного технического решения является повышение надежности и расширение области применения.
Указанная цель достигается тем, что в способе определения места повреждения линии электропередачи, заключающимся в том, что на каждом конце линии измеряют токи и напряжения, сравнивают их с соответствующими пороговыми уровнями, вычисляют расстояние до места повреждения по разности моментов времени прихода электромагнитной волны к концам линии, определяемых с помощью сигнала глобального точного времени от спутниковой системы, дополнительно регистрируют измеряемые с повышенным временным разрешением токи и напряжения, контролируют наличие сигнала глобального точного времени от спутниковой системы на каждом конце линии, выявляют отсутствие сигнала глобального точного времени от спутниковой системы и при отсутствии сигнала глобального точного времени от спутниковой системы, по меньшей мере на одном конце линии, формируют сигнал местного точного времени, скоординированный сигналом, передаваемым с того конца линии, где имеется сигнал глобального точного времени от спутниковой системы.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения места повреждения линии электропередачи, состоящее, по меньшей мере, из двух полукомплектов, каждый из которых подключен к соответствующему концу линии электропередачи и содержит блок измерителя напряжений и токов линий электропередачи, вход которого подключен к концу линии электропередачи, блок сравнения, пороговый элемент, блок приема сигнала глобального точного времени от спутниковой системы, блок вычислителя места повреждения, связанный по порту связи через первый канал связи с аналогичным портом вычислителя места повреждения второго полукомплекта, первый вход блока сравнения соединен с выходом блока измерителя напряжений и токов линий электропередачи, второй вход блока сравнения соединен с выходом порогового элемента, дополнительно в каждый полукомплект введены блок регистрации измеренных с повышенным временным разрешением напряжений и токов, блок контроля сигнала глобального точного времен и формирователь сигнала местного точного времени, связанный по порту связи через второй канал связи с аналогичным портом формирователя сигнала местного точного времени второго полукомплекта, первый вход формирователя сигнала местного точного времени соединен с выходом блока приема сигнала глобального точного времени и входом блока контроля сигнала глобального точного времени, второй вход формирователя сигнала местного точного времени соединен с выходом блока контроля сигнала глобального точного времени, первый вход блока регистрации измеренных с повышенным временным разрешением напряжений и токов соединен с выходом блока измерителя напряжений и токов линий электропередачи, второй вход блока регистрации с повышенным временным разрешением напряжений и токов соединен с выходом блока сравнения, третий вход блока регистрации с повышенным временным разрешением напряжений и токов соединен с выходом формирователя сигнала местного точного времени, выход блока регистрации с повышенным временным разрешением напряжений и токов соединен со входом вычислителя места повреждения.
Сравнительный анализ заявленного технического решения с известными аналогами и прототипом, показал, что предложенные технические решения содержат новые элементы и новые связи, обеспечивающие повышение надежности и расширение области применения.
Регистрация измеренных с повышенным временным разрешением переходных напряжений и токов дает возможность надежно анализировать и более точно определять моменты прихода электромагнитной волны на концы линии. В результате исключаются ошибки и неточности, которые могли иметь место при разовой процедуре выделения меток времени методом скользящего временного окна. С помощью сигнала местного точного времени, формируемого в период пропадания сигнала глобального точного времени от спутниковой системы, обеспечивается надежное определение разности моментов времени прихода электромагнитной волны к концам линии и приемлемая точность вычисления расстояния до места повреждения при всевозможных неблагоприятных условиях связи со спутниковой системой. Указанные функции реализуются в устройстве с использованием блока регистрации, фиксирующего начальный этап переходного процесса с высоким временным разрешением, и формирователя сигнала местного точного времени с блоком контроля сигнала глобального точного времени от спутниковой системы, с помощью которых обеспечивается надежное функционирование в периоды отсутствия сигнала от спутниковой системы.
Таким образом, заявленные способ и устройство позволяет более точно и надежно определять расстояния до места повреждения, чем прототип. Устройство способно надежно функционировать в местах эксплуатации, где возможны потери связи со спутниковой системой, что обуславливает более широкое его применение и выгодно отличает от известных аналогичных технических решений.
Заявленные способ и устройство представляют собой новые и оригинальные решения, существенно отличающиеся от известных и соответствующие критериям «изобретательского уровня» и «новизны».
На фигуре представлена структурная схема устройства для определения места повреждения.
Схема содержит линию 1 электропередачи с местом повреждения 2. На первом конце 3 линии 1 установлен первый полукомплект 4 устройства для определения места повреждения, на втором конце линии 5 установлен второй полукомплект 6, аналогичный полукомплекту 4. Полукомплект 4 содержит: блок 7 измерителя напряжений и токов, подключенный входом к концу 3 линии 1; блок 8 сравнения, вход которого подключен к выходу порогового элемента 9; блок 10 регистрации измеряемых с повышенным временным разрешением напряжений и токов, у которого первый вход подключен к выходу блока 7 измерителя напряжений и токов, второй вход подключен к выходу блока 8 сравнения; блок 11 вычислителя места повреждения, связанный через порт связи и через первый канал связи 12 с аналогичным портом 13 блока вычислителя места повреждения второго полукомплекта 6, вход блока 11 вычислителя места повреждения соединен с выходом блока 10; формирователь 14 местного точного времени, связанный через порт связи и через второй канал связи 15 с аналогичным портом 16 формирователя местного точного времени второго полукомплекта 6, первый вход формирователя 14 местного точного времени подключен к выходу блока 17 приема сигнала глобального точного времени от спутниковой системы и ко входу блока 18 контроля сигнала глобального точного времени, второй вход формирователя 14 местного точного времени подключен к выходу блока 18 контроля сигнала глобального точного времени, выход формирователя 14 местного точного времени подключен к третьему входу блока 10 регистрации измеряемых с повышенным временным разрешением напряжений и токов.
Устройство работает следующим образом. В нормальном режиме измерительным блоком 7 первого полукомплекта 4 и аналогичным блоком второго полукомплекта 6 осуществляются измерения текущих напряжений и токов на соответствующих концах линии, производимые с повышенным временным разрешением в условиях скользящего окна. В момент превышения измеряемой электрической величиной порогового значения, задаваемого пороговым элементом 9, блок 8 сравнения осуществляет пуск блока 10, регистрирующего начальный этап развития переходного процесса. Записанный с высоким временным разрешением переходной процесс обуславливает высокое информационное наполнение данных передаваемых блоку 11 для вычисления метки времени прихода электромагнитной волны. Синхронность записи блоком 10 первого полукомплекта 4 и аналогичным блоком второго полукомплекта 6 осуществляется с помощью сигнала глобального точного времени, принимаемого блоком 17 от спутниковой системы и транслируемого через формирователь 14 на вход блока 10.
Определение метки времени прихода электромагнитной волны к концу линии 3 производится блоком 11 посредством детальной обработки поступивших с блока 10 данных. По каналу связи 12 производится обмен метками времени между полукомплектами 4 и 6, используемые для вычисления расстояния до места повреждения 2 линии электропередачи.
Формирования сигнала местного точного времени производится в период отсутствия сигнала спутниковой системы, контролируемого блоком 18. При поступлении сигнала с блока 18 контроля сигнала глобального точного времени формирователь 14 сигнала местного точного времени передает через порт связи, второй канал связи 15 и порт 16 команду на пуск формирователя местного точного времени второго полукомплекта 6. В результате, в работу вступает формирователь сигналов местного точного времени второго полукомплекта 6, который синхронизируется по сигналу глобального точного времени спутниковой системы. На время отсутствия сигнала глобального точного времени в первом полукомплекте 4 он выполняет функцию ведущего источника местного точного времени, а формирователь 14 выполняет функцию ведомого источника сигнала местного точного времени, синхронизация которого осуществляется по второму каналу связи 15. Если на втором полукомплекте 6 отсутствие сигнала глобального точного времени было зафиксировано раньше, чем на первом полукомплекте, то функцию ведущего источника сигнала местного точного времени будет выполнять формирователь 14 первого полукомплекта 4. С целью минимизации временных задержек в втором канале связи 15 предпочтительно использовать выделенную оптико-волоконную линию.
Использование введенных в устройство средств регистрации переходных напряжений и токов с повышенным временным разрешением дает возможность повысить информационное наполнение в собранных данных, используемых для определения моментов прихода электромагнитной волны к концам линии, и обеспечить более надежное и точное вычисление места повреждения линии электропередачи. Использование средств формирования сигнала местного точного времени в период отсутствия сигнала глобального точного времени спутниковой системы дает возможность с приемлемой точностью определять место повреждения и в условиях потери связи со спутниковой системой. Эти факторы обуславливают более высокую надежность предложенных технических решений и более широкое их применение, в отличие от известных аналогов.
Источники информации:
1. Шалыт Г.М. Определение мест повреждения в электрических сетях. - М.: Энергоатомиздат, 1982, стр. 18-19.
2. Патент РФ №2475768 МПК G01R 31/08, опубл. 20.02.2013, бюл. №5 (прототип).