Способ двухстороннего волнового определения места повреждения линии электропередачи
METHOD FOR TWO-WAY WAVE DETERMINATION OF THE POWER LINE DAMAGE SITE

Изобретение относится к электротехнике, а именно к релейной защите и автоматике, и может быть использовано для определения места повреждения на линии электропередачи.
При описании изобретения используются следующие термины:
- фронт первой волны: фронт волны, сформированной в месте возникновения повреждения на линии электропередачи (ЛЭП) и достигшей места установки устройства;
- фронт волны, отраженной от противоположного конца ЛЭП: фронт волны, сформированной в месте повреждения и возникшей в месте установки устройства после отражения от противоположного конца ЛЭП;
- фронт волны, отраженной от места повреждения: фронт волны, достигшей места установки устройства после отражения от места повреждения.
Известен способ двухстороннего волнового определения места повреждения на ЛЭП (Шалыт Г.М. Определение мест повреждения в электрических сетях. – М.: Энергоиздат, 1982. – 312 с.), согласно которому место повреждения определяют по измерениям двух устройств, установленных по концам ЛЭП. Устройства через каналы передачи информации обмениваются информацией о моменте возникновения фронта первой волны в своих контролируемых сигналах и определяют расстояние до места повреждения
, (1)
где  – длина ЛЭП;
и  – моменты возникновения фронтов первых волн в месте установки своего и другого устройства, соответственно;
– скорость распространения волны в линии без потерь.
В рассматриваемом способе место повреждения определяют на основе скорости распространения волны в линии без потерь. Поскольку фактическая скорость распространения волны отличается от скорости в линии без потерь, то принятое допущение приводит к увеличению погрешности определения расстояния до места повреждения.
Этот недостаток устранен в способе двухстороннего волнового определения места повреждения ЛЭП (F. V. Lopes, K. M. Dantas, K. M. Silva and F. B. Costa, «Accurate Two-Terminal Transmission Line Fault Location Using Traveling Waves», in IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 33, no. 2, pp. 873-880, April 2018). Согласно ему место повреждения определяют так же по измерениям двух устройств, установленных по концам ЛЭП. В каждом устройстве синхронно с другим устройством измеряют свои фазные токи или напряжения, преобразуют их в контролируемый сигнал и определяют в нем момент возникновения фронта первой волны. Через каналы передачи информации получают от другого устройства информацию о моменте возникновения фронта первой волны в его контролируемом сигнале и общеизвестным способом, например, по алгоритму (1), определяют предварительное расстояние до места повреждения на основе скорости распространения волны в линии без потерь.
Для локализации истинного места повреждения определяют фактическую скорость распространения волны вдоль ЛЭП. С этой целью каждое устройство сначала определяет оценку момента возникновения фронта волны, отраженной от места повреждения, путем добавления к моменту возникновения фронта первой волны на своем конце ЛЭП времени двойного пробега от места установки устройства до предварительного места повреждения со скоростью распространения волны в линии без потерь. Затем каждое устройство в своем контролируемом сигнале с использованием упомянутой оценки обнаруживает фронт волны, отраженной от места повреждения, и определяет момент его возникновения. После этого через каналы передачи информации устройства обмениваются информацией о моменте возникновения фронта волны, отраженной от места повреждения, в своих контролируемых сигналах. Фактическую скорость определяют по алгоритму:
, (2)
где  и  – моменты возникновения фронтов волн, отраженных от места повреждения, в месте установки своего и другого устройства, соответственно.
После этого переопределяют расстояние до места повреждения по алгоритму (1), используя вместо скорости  фактическую скорость , определенную по алгоритму (2).
Как видно из (2), при работе рассматриваемого способа требуется дважды устанавливать связь между устройствами для обмена моментами возникновения фронтов волн (, ) и (, ), что усложняет его реализацию и снижает надежность определения расстояния до места повреждения.
Этот способ является наиболее близким к заявленному способу по использованию, технической сущности и достигаемому техническому результату, и принят за прототип.
Технический результат, достигаемый предлагаемым способом, заключается в повышении надежности определения расстояния до места повреждения благодаря уменьшению количества сеансов обмена информацией между устройствами.
С этой целью в известный способ двухстороннего волнового определения места повреждения ЛЭП, согласно которому место повреждения определяют по измерениям двух устройств, установленных по концам ЛЭП, в каждом устройстве синхронно с другим устройством измеряют свои фазные токи или напряжения, преобразуют их в контролируемый сигнал и определяют в нем момент возникновения фронта первой волны, через каналы передачи информации получают от другого устройства информацию о моменте возникновения фронта первой волны в его контролируемом сигнале и определяют длительность интервала между моментами возникновения фронтов первых волн, определяют фактическую скорость распространения волны в ЛЭП и на ее основе расстояние до места повреждения, вводят новые операции. Их сущность заключается в том, что в каждом устройстве определяют оценку момента возникновения фронта волны, отраженной от противоположного конца ЛЭП, и относительно нее задают временное окно, в пределах которого обнаруживают фронт волны и определяют момент его возникновения. После этого оценивают фактическую скорость распространения волны в ЛЭП как скорость пробега волной всей ЛЭП за время, равное разности между моментом возникновения фронта волны, обнаруженного в заданном временном окне, и моментом возникновения фронта первой волны на противоположном конце ЛЭП.
Вторая реализация способа отличается тем, что в каждом устройстве определяют оценку момента возникновения фронта волны, отраженной от противоположного конца ЛЭП, путем добавления к моменту возникновения фронта первой волны на противоположном конце ЛЭП времени пробега волной всей ЛЭП со скоростью распространения волны в линии без потерь.
Третья реализация способа отличается тем, что в каждом устройстве оценивают предварительное место повреждения на основе скорости распространения волны в линии без потерь и определяют оценку момента возникновения фронта волны, отраженной от противоположного конца ЛЭП, путем добавления к моменту возникновения фронта первой волны на своем конце ЛЭП времени пробега волной удвоенного расстояния от предварительного места повреждения до противоположного конца ЛЭП со скоростью распространения волны в линии без потерь.
Четвертая реализация способа представляет собой определение расстояния до места повреждения на основе известной длины ЛЭП  и фактической скорости распространения волны в ЛЭП  по алгоритму:
На фиг. показана диаграмма распространения волн по защищаемой ЛЭП с указанием моментов возникновения фронтов волн около устройств.
В прототипе и предлагаемом способе место повреждения  определяют по измерениям устройств  и , установленных по концам ЛЭП. В каждом устройстве синхронно с другим устройством измеряют свои фазные токи  или напряжения  ( – обозначение фаз) и преобразуют их в контролируемый сигнал. Для преобразования фазной величины в контролируемый сигнал создают промежуточный сигнал воздушного ( или ) или земляного () волнового канала и в нем заграждают основную гармонику. Промежуточный сигнал создают, например, по одному из правил преобразования Кларк:
где , , ; .
В контролируемом сигнале определяют момент возникновения фронта первой волны (в своем устройстве  – момент , а в другом устройстве  – момент ) [Фиг.]. В простейшем случае момент возникновения фронта первой волны определяется как момент превышения абсолютным значением контролируемого сигнала некоторого порога (E. O. Schweitzer, A. Guzmán, M. V. Mynam, V. Skendzic, B. Kasztenny and S. Marx, "Locating faults by the traveling waves they launch,"2014 67th Annual Conference for Protective Relay Engineers, 2014, pp. 95-110).
Изложение принципа действия предлагаемого способа и прототипа будем вести на примере работы устройства . Работа устройства  будет аналогична.
По каналам передачи информации устройство  получает от устройства  информацию о моменте  возникновения его фронта первой волны, находит длительность интервала между моментами возникновения фронтов первых волн:
и расстояние до места повреждения
Здесь  – фактическая скорость распространения волны в ЛЭП, которую предстоит определить.
В прототипе фактическая скорость распространения волны в ЛЭП  определяется следующим образом. Сначала по известной скорости распространения волны в линии без потерь  общеизвестным способом, например, по алгоритму (1), оценивают предварительное расстояние до места повреждения. Затем, зная предварительное расстояние до места повреждения, каждое устройство определяет момент возникновения фронта волны, отраженной от места повреждения ( и  на фиг.) и передает его на другое устройство через каналы передачи информации. Фактическую скорость определяют по алгоритму:
.
Поэтому в прототипе для определения фактической скорости распространения волны в ЛЭП  требуется дважды передавать информацию от одного устройства к другому. Это усложняет его реализацию и снижает надежность определения расстояния до места повреждения.
В предлагаемом способе фактическая скорость распространения волны  определяется по-другому. Отличие заключается в использовании устройством  при определении фактической скорости  момента  возникновения фронта волны, отраженной от противоположного конца ЛЭП:
С той целью, чтобы повысить надежность определения фронта волны, отраженной от противоположного конца ЛЭП, задают на оси времени временное окно, в котором ожидается его возникновение. Положение окна определяется по оценке момента  возникновения фронта волны, отраженной от противоположного конца ЛЭП. При этом временное окно задают таким образом, чтобы его границы были равноудалены от оценки  на фиксированную величину. Саму оценку  в одной реализации определяют как
а в другой
где  – предварительное расстояние до места повреждения, определенное на основе скорости распространения волны в линии без потерь  по (1).
Таким образом, благодаря уменьшению количества сеансов обмена информацией между устройствами, повышается надежность определения расстояния до места повреждения.