СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА ПОВРЕЖДЕНИЯ РАЗВЕТВЛЕННОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
METHOD FOR DETERMINING DAMAGED POINT OF BRANCHED POWER TRANSMISSION LINE

Изобретение относится к электротехнике, в частности к релейной защите, и предназначено для реализации в устройствах определения места повреждения разветвленных линий электропередач (ЛЭП).
Известен «Способ определения места повреждения распределительных сетей» [Патент РФ №2368912, МПК G01R 31/08, опубл. БИ №27 от 27.09.2009], по которому в исследуемую линию генерируют зондирующие импульсы, принимают отраженные сигналы и место повреждения точно и однозначно определяют по отсутствию отраженного импульса с информационным признаком, индивидуализирующим, по крайней мере, конкретное ответвление, в котором согласно предложению в качестве зондирующих импульсов используют дискретно-кодированные сигналы, а в качестве информационного признака, индивидуализирующего конкретное ответвление или фазу ответвления, используют согласованную фильтрацию дискретно-зондированного сигнала на концах линии.
Недостатком способа является большое затухание зондирующих сигналов и соответственно невозможность использования на длинных линиях с многими ответвлениями.
Известны волновые способы определения места повреждения линии электропередач [Например, Г.М. Шалыт Определение мест повреждения в электрических сетях. - М.: Энергоатомиздат, 1982. стр.18-22].
Они основаны на измерении времени между моментами достижения концов линии фронтами электромагнитных волн, возникающих в месте повреждения.
Однако непосредственно использовать эти способы на разветвленной линии электропередачи невозможно. На таких линиях имеет место неоднозначность ответвления, на котором произошло повреждение.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является «Способ определения места однофазного замыкания на землю в разветвленной воздушной линии электропередач, способ определения места междуфазного короткого замыкания в разветвленной воздушной линии электропередач и устройство контроля тока и напряжения для их осуществления» [Патент РФ №2372624, МПК G01R 31/08, опубл. 10.11.2009]. Способ определения однофазного замыкания на землю в разветвленной воздушной ЛЭП с изолированной нейтралью, заключается в том, что фиксируют время прихода переднего фронта импульса, в начале ЛЭП и в конце каждого ответвления устанавливают на проводах высоковольтной ЛЭП устройства контроля тока и напряжения, число которых на единицу больше числа контролируемых веток, в качестве импульсов используют скачок фазного напряжения, одновременно всеми устройствами регистрируют время прохождения скачка фазного напряжения в единой шкале времени, синхронизированной от спутниковых сигналов глобальной системы позиционирования, передают зарегистрированные времена в диспетчерский центр для их автоматической обработки, где для зафиксированных времен от каждой пары устройств контроля тока и напряжения разностно-дальномерным способом определяют поврежденную ветку, а для зафиксированных времен от пары устройств контроля тока и напряжения, одно из которых находится на поврежденной ветке, разностно-дальномерным способом определяют место повреждения на этой ветке.
Недостатком способа-прототипа является низкая точность определения места повреждения разветвленной линии электропередачи.
Низкая точность определения места повреждения способа-прототипа связана с зависимостью точности расчета расстояния до повреждения от скорости распространения импульса электромагнитных волн по ЛЭП.
Скорость распространения импульса электромагнитных волн по ЛЭП определяется реактивными параметрами линии (индуктивность и емкость) и не является постоянной. В частности, емкость ЛЭП зависит от температурного и влажностного состояния атмосферы, сопротивления Земли и др. и изменяется не только при смене времен года, но и при перемене погодных условий. Так, диапазоны изменения скорости распространения электромагнитных волн по различным волновым каналам (фаза-фаза, фазы-земля и др.) приведены, например, в [Микуцкий Г.В., Скитальцев B.C. Высокочастотная связь по линиям электропередачи. Учебник для учащихся энергетических и энергостроительных техникумов. Изд. 2-е., переработ. и доп.- М.: «Энергия», 1977. стр.68].
Поэтому способ определения места повреждения разветвленной линии электропередачи, в котором при расчетах не используется случайным образом изменяющаяся скорость распространения скачка напряжения, будет обладать большей точностью.
Задача изобретения - повышение точности способа определения места повреждения разветвленной линии электропередачи.
Поставленная задача реализуется способом определения места однофазного замыкания на землю в разветвленной воздушной ЛЭП заключающимся в том, что фиксируют время прихода переднего фронта импульса, в начале ЛЭП и в конце каждого ответвления устанавливают на проводах высоковольтной ЛЭП устройства контроля тока и напряжения, число которых на единицу больше числа контролируемых веток, в качестве импульсов используют скачок фазного напряжения, одновременно всеми устройствами регистрируют время нахождения скачка фазного напряжения в единой шкале времени, синхронизированной от спутниковых сигналов глобальной системы позиционирования, передают зарегистрированные времена в диспетчерский центр для их автоматической обработки, где для зафиксированных времен от каждой пары устройств контроля тока и напряжения разностно-дальномерным способом определяют поврежденную ветку, а для зафиксированных времен от пары устройств контроля тока и напряжения, одно из которых находится на поврежденной ветке, разностно-дальномерным способом определяют место повреждения на этой ветке. Согласно предлагаемому способу при определении места повреждения разностно-дальномерным способом не используют скорость распространения импульса (скачка напряжения) по ЛЭП, а используют зафиксированные времена прихода импульса к концам на поврежденных участках ЛЭП.
Предлагаемый способ определения места повреждения разветвленной линии электропередачи может быть реализован устройством, реализующим способ-прототип [Патент РФ №2372624, МПК G01R 31/08, опубл. 10.11.2009].
На фиг.1 представлена структурная схема разветвленной линии электропередачи, поясняющая определение места повреждения согласно предлагаемому способу.
Способ реализуется следующим образом.
При осуществлении способа определения места повреждения разветвленной линии электропередачи используется многосторонняя локация как в начале ЛЭП, так и в конце каждого ответвления. В момент повреждения ЛЭП возникает скачок напряжения и распространяются волны напряжения к концам линии. Эти волны напряжения регистрируются соответствующими устройствами контроля тока и напряжения, в состав которых входят приемники спутниковых сигналов глобальной системы позиционирования. Устройства устанавливают в начале ЛЭП и в конце каждого ответвления. В устройствах осуществляется измерение времени распространения скачка напряжения от повреждения до каждого из концов ЛЭП, причем измерения производятся синхронизированно, в единой шкале времени. Параметры зарегистрированных сигналов (скачков) напряжения с использованием режима ретрансляции радиомодемов передаются в диспетчерский центр для последующей автоматической обработки.
Сначала на диспетчерском центре определяется поврежденное ответвление. Выбор поврежденного ответвления осуществляется разностно-дальномерным способом, аналогично способу-прототипу. При этом могут учитываться, например, следующие соображения. Из всех пар устройств контроля тока напряжения выбирается такая, к которой зарегистрированные времена распространения фронта скачка напряжения по ЛЭП являются наименьшим. Используя конструктивные особенности линии (длины ответвлений) и учитывая соотношение времен фиксации фронта напряжения, можно определить поврежденное присоединение.
В дальнейшем реализуется определение места повреждения по уточненным алгоритмам для выбранного ответвления ЛЭП. Для этого используются знания точных линейных координат ответвлений ЛЭП, а также регистрация на концах ответвлений времени прихода фронта скачка напряжения.
j
i
Рассмотрим реализацию предлагаемого способа определения места повреждения разветвленной линии электропередачи на примере ЛЭП (фиг.1). Пусть повреждение произошло на ответвлении (7) к подстанции (ПС) 2. Тогда, используя зарегистрированные времена фиксации фронта скачка напряжения T и T на ПС 1 и ПС 2 для i-го и j-го ответвлений (устройств контроля тока и напряжения), расстояние x от места повреждения до i-го устройства контроля тока и напряжения согласно способа-прототипа можно определить согласно выражения
<mrow><mi>x</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>L</mi><mi>i</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>L</mi><mi>j</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>P</mi><mrow><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub><mo>+</mo><mi>υ</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>T</mi><mi>i</mi></msub><mo>−</mo><msub><mi>T</mi><mi>j</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></mfrac><mo>,</mo><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
i
j
ij
где υ - скорость распространения скачка напряжения по ЛЭП; L - длина i-го ответвления; L - длина j-го ответвления; P - расстояние между началом i-го и j-го ответвления по магистрали ЛЭП.
Для примера (фиг.1) выберем в качестве опорного участок ЛЭП между ПС 1 и ПС 3 (устройствами контроля тока и напряжения с индексами j и m). При этом вне зависимости от места повреждения на i-ом ответвлении к ПС 2 имеет место равенство
j
m
j
ij
m
im
T·υ-T-υ=(L+P)-(L+P),
m
m
im
где T - время фиксации фронта скачка напряжения устройством контроля тока и напряжения с индексом m (ПС 3); L - длина ответвления т к ПС 3; P - расстояние между началом i-го и m-го ответвления по магистрали.
После несложных преобразований получаем
<mrow><mi>υ</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>L</mi><mi>j</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>P</mi><mrow><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>L</mi><mi>m</mi></msub><mo>−</mo><msub><mi>P</mi><mrow><mi>i</mi><mi>m</mi></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mi>T</mi><mi>j</mi></msub><mo>−</mo><msub><mi>T</mi><mi>m</mi></msub></mrow></mfrac><mo>.</mo><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>2</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
Подставляя (2) в (1), получаем соотношение для расчета расстояния х до места повреждения
<mrow><mi>x</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>L</mi><mi>i</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>L</mi><mi>j</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>P</mi><mrow><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>⋅</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>T</mi><mi>j</mi></msub><mo>−</mo><msub><mi>T</mi><mi>m</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>L</mi><mi>j</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>P</mi><mrow><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>L</mi><mi>m</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>P</mi><mrow><mi>i</mi><mi>m</mi></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>⋅</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>T</mi><mi>j</mi></msub><mo>−</mo><msub><mi>T</mi><mi>m</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mn>2</mn><mo>⋅</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>T</mi><mi>j</mi></msub><mo>−</mo><msub><mi>T</mi><mi>m</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac></mrow>
Дальнейшее повышение точности способа определения места повреждения разветвленной линии электропередачи целесообразно реализовать путем использования нескольких опорных участков. Для рассматриваемого примера (фиг.1) в вычислительные процедуры могут быть включены уравнения, связанные с ответвлением с индексом n (ПС 4).
Справедливы следующие равенства
j
m
j
ij
m
im
(T-T)υ=L+P-L-P;
j
n
j
ij
n
im
(T-T)υ=L+P-L-P
m
n
m
im
n
in
(T-T)υ=L+P-L-P;
и оценки скорости
<mrow><mi>υ</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>L</mi><mi>j</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>P</mi><mrow><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>L</mi><mi>m</mi></msub><mo>−</mo><msub><mi>P</mi><mrow><mi>i</mi><mi>m</mi></mrow></msub></mrow><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>T</mi><mi>j</mi></msub><mo>−</mo><msub><mi>T</mi><mi>m</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac></mrow>
;
<mrow><mi>υ</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>L</mi><mi>j</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>P</mi><mrow><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>L</mi><mi>n</mi></msub><mo>−</mo><msub><mi>P</mi><mrow><mi>i</mi><mi>n</mi></mrow></msub></mrow><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>T</mi><mi>j</mi></msub><mo>−</mo><msub><mi>T</mi><mi>n</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac></mrow>
;
<mrow><mi>υ</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>L</mi><mi>m</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>P</mi><mrow><mi>i</mi><mi>m</mi></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>L</mi><mi>n</mi></msub><mo>−</mo><msub><mi>P</mi><mrow><mi>i</mi><mi>n</mi></mrow></msub></mrow><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>T</mi><mi>m</mi></msub><mo>−</mo><msub><mi>T</mi><mi>n</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac></mrow>
.
В последующем для получения более точного значения скорости υ (и соответственно более точного определения места повреждения ЛЭП) оценки скорости по каждому из представленных равенств могут быть усреднены. Однако может быть реализован и более сложный алгоритм получения уточненного значения скорости, например, с использованием метода наименьших квадратов, или другие подходы, использующие избыточную информацию о значении параметра. При любом из указанных вариантов в последующем предполагается подстановка уточненного значения скорости υ в выражение (1).
Таким образом, предлагаемый способ определения места повреждения разветвленной линии электропередачи использует большее число измерений устройствами контроля тока и напряжения по сравнению со способом-прототипом, а также позволяет исключить из процедуры определения места повреждения неизвестный (случайный) фактор - скорость распространения фронта скачка напряжения по ЛЭП и поэтому обладает повышенной точностью.