СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА РАЗРЫВА ФАЗЫ НА ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ С ОДНОВРЕМЕННЫМ КОРОТКИМ ЗАМЫКАНИЕМ В МЕСТЕ РАЗРЫВА
METHOD OF DETERMINATION OF PHASE RUPTURE POINT IN OVERHEAD POWER LINE WITH SIMULTANEOUS SHORT CIRCUIT IN RUPTURE POINT

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в электрических сетях и системах для контроля нормальных и аварийных режимов, в частности при обрыве провода воздушной линии электропередачи с одновременным коротким замыканием на оборвавшемся проводе. Актуальность предлагаемого изобретения основывается на том, что всегда оборванный провод падает на землю и создает короткое замыкание. Как правило, обрыв провода происходит в месте подвеса к изоляторам из-за того, что в месте крепления провод подвергается постоянным вибрационным воздействиям.
Известен способ определения места короткого замыкания, основанный на двухстороннем измерении токов и напряжений (Аналог. Аржанников Е.Ф., Лукоянов В.Ю., Мисриханов М.Ш. Определение места короткого замыкания на высоковольтных линиях электропередачи / Под редакцией В.А. Шуина. - М.: Энергоатомиздат, 2003. - 272 с.). Расстояние до места короткого замыкания определяется при совпадении максимумов напряжений обратной и нулевой последовательностей, вычисленных с двух сторон линии, используя уравнения определения напряжений на линии. Недостатком способа является невозможность определить место короткого замыкания при одновременном обрыве поврежденного провода.
Известен способ определения места разрыва фазы, основанный на одностороннем измерении емкостных токов от ключенной линии с одного конца (Ластовкин В. Диагностика ВЛ 110-220 кВ под рабочим напряжением. Определение мест обрыва фазы - Новости электротехники 1(97), 2016.). Недостатком этого способа является неучет короткого замыкания на оборванном проводе.
Известен способ определения места короткого замыкания, основанный на двухстороннем измерении токов и напряжений, в котором выполняется синхронизация измерений токов и напряжений по концам линии путем совмещения осциллограмм измеренных токов и напряжений по концам линии по срезу начала короткого замыкания (Прототип. Патент РФ 2508556, авторы - Висящев Александр Никандрович (RU), Пленков Эдуард Русланович (RU), Тигунцев Степан Георгиевич (RU), Патентообладатель - Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутский государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "ИрГТУ") (RU).) Недостаток прототипа тот же, что и у аналога.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображена схема линии электропередачи в однолинейном исполнении, на фиг. 2 - комплексная схема замещения при разрыве особенной фазы без короткого замыкания (в данном случае это фаза А с разрывом), на фиг. 3 - комплексная схема замещения при разрыве особенной фазы при коротком замыкании на ней в месте разрыва.
1
1
2
2
Между концами 1 и 2 включена линия электропередачи 3, состоящая из двух участков. Место разрыва фазы обозначено узлами 4 и 5. В узле 4 короткое замыкание особенной фазы. С конца участка линии 1-4 напряжения обозначаются как U, а токи как I. С конца участка линии 2-5 напряжения обозначаются как U, а токи как I. Обозначение этих напряжений и токов принято в схемах прямой, обратной и нулевой последовательностей.
1
2
0
1
2
0
Токи в месте разрыва на участке с коротким замыканием I', I', I' (прямой, обратной и нулевой последовательностей) протекают со стороны конца 1 участка 1-4, токи Iʺ, Iʺ, Iʺ - на участке линии без короткого замыкания со стороны конца 2 участка 2-5. Согласно комплексным схемам, изображенным на фиг. 2 и 3, сумма комплексных значений токов прямой, обратной и нулевой последовательностей в месте разрыва с конца 5 участка линии 2-5 равна нулю. Т.е.:
В свою очередь, токи вдоль участка линии на расстоянии L по последовательностям определяются как:
где  - токи прямой, обратной и нулевой последовательностей соответственно на расстоянии L от конца 2 участка линии 2-5 без короткого замыкания;
1
0
C1
C0
γ, γ, Z, Z - постоянные распространения и волновые сопротивления в схемах прямой (обратной) и нулевой последовательностей от конца 2 участка линии 2-5;
21
22
20
21
22
20
I, I, I, U, U, U, - комплексные значения токов и напряжений.
Задаваясь L от нуля до всей длины линии, строим график модуля суммы комплексных значений токов прямой, обратной и нулевой последовательностей от длины линии:
Искомое расстояние до места разрыва равно при f(L)=0.
На фиг. 4 и фиг. 5 приведены зависимости f(L) от длины линии при разрыве фазы А с коротким замыканием на ней в месте разрыва на расстоянии 10 км (фиг. 4) и 150 км (фиг. 5) от конца 1 участка 1-4 линии длиной 250 км.
Расчет проводился в фазных координатах, причем переходное сопротивление на землю в месте короткого замыкания варьировалось от нуля (металлическое короткое замыкание) до бесконечности (отсутствие короткого замыкания). Графики практически оставались неизменными.
Обращает на себя внимание тот факт, что f(L) строго линейна. Это позволяет точно определять место разрыва, произошедшего вблизи концов линии, где суммы токов прямой, обратной и нулевой последовательностей могут вычисляться с погрешностью из-за малых величин.