Способ определения места повреждения линии электропередачи и устройство для его осуществления
METHOD OF DETERMINING POINT OF DAMAGE TO OVERHEAD POWER LINE AND APPARATUS FOR IMPLEMENTATION THEREOF

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 концах линии электропередачи, сравнивают их с соответствующими пороговыми величинами и фиксируют моменты прихода фронта электромагнитной волны, возникающей в месте короткого замыкания и распространяющейся к концам линий, посредством остановки счетчика хронирующих импульсов, передаваемых по каналам связи и обеспечивающих синхронность хода счетчиков (привязку моментов отсчета) на обоих концах линии электропередачи. Место повреждения вычисляют путем суммирования половинной длины линии и половинного произведения разности времени прихода этих фронтов на концы линии на скорость распространения электромагнитных волн вдоль линии.
Недостатком его является низкая точность, обусловленная тем, что моменты прихода фронта электромагнитной волны к концам линии, соотносят с моментами фиксирования аварийного переходного тока или напряжения, амплитуда и фаза которых может существенно отличаться от реальных параметров электромагнитной волны.
Известен 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. Устройство, осуществляющее способ, предусматривает на каждом конце линии блок измерителя напряжения и токов линии электропередачи, блок выделения аварийного сигнала и вычисления коэффициента эксцесса, компаратор и таймер, счетный вход которого связан блоком, принимающим сигналы от спутниковой навигационной системы. Фиксируемые таймерами временные интервалы передаются на блок вычислителя места повреждения, который может быть вынесен на диспетчерский пункт, связанный каналами связи с каждым концом линии.
В данном техническом решении начало переходного процесса определяется процессом выделения аварийного сигнала и вычисления коэффициента эксцесса в условиях скользящего временного окна, которым инициируется срабатывание компаратора и пуск таймера. Это дает возможность точнее фиксировать момент аварийного события, чем в предыдущем аналоге. Однако данное решение не исключает негативное влияние на форму исходного сигнала (амплитудные и фазовые искажения), рассогласующих факторов самого объекта измерения - протяженной линии электропередачи и измерительной оснастки в схеме первичного соединения В результате в условиях разовой процедуру выделения метки времени вероятность неточного определения места повреждения оказывается достаточно высокой.
Наиболее близким по технической сущности решением является способ [3], в котором по факту срабатывания компаратора инициируют процедуру регистрации переходных токов и напряжений, измеренных на концах линии с повышенным временным разрешением и глобальной синхронизацией, после чего данные передают на вычислительный пункт, где определяют моменты прихода фронта электромагнитной волны на соответствующие концы линии по результатам аналитической обработки зарегистрированных исходных данных, а затем вычисляют место повреждения. Способ осуществляется устройством из двух полукомплектов, размещенных на соответствующих концах линии электропередачи, каждый из которых содержит следующие функциональные блоки: блок измерителя электрических величин; блока сравнения с пороговыми величинами; блок приема сигнала глобального точного времени от спутниковой системы и блок регистрации измеренных с повышенным временным разрешением электрических величин, связанный через порт связи по каналу связи с пунктом вычисления места повреждения.
Данное техническое решение обуславливает возможность ослабить влияния амплитудных и фазовых искажений на исходный сигнал, и несколько улучшить точность, по сравнению с аналогами. Но это положение справедливо лишь в отношении к линиям электропередачи с достаточно однородными распределенными параметрами на всем протяженном участке, которые характеризуются минимальными фазочастотными искажениями информационного сигнала, используемого для определения временных меток электромагнитной волны. На практике широко распространены линии электропередачи с теми или иными узлами ответвлениями, где по причине нарушения однородности линии электропередачи имеют место существенные искажения информационного сигнала. Это фактор обуславливает ограниченную область применения технического решения.
Технический результат предложенного технического решения заключается в повышении точности определения места повреждения и расширении области применения.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе определения места повреждения линии электропередачи, заключающимся в том, что измеряют токи и напряжения на концах линии электропередачи, сравнивают их с соответствующими пороговыми величинами и вычисляют место повреждения по разности моментов времени прихода фронта электромагнитной волны к концам линии электропередачи, которые определяют по результатам обработки данных измерений, зарегистрированных с повышенным временным разрешением и глобальной синхронизацией, вычисляют место повреждения с учетом моментов времени прихода фронта электромагнитной волны к узлам ответвления линии электропередачи, которые определяют по результатам обработки данных измерений токов и напряжений в цепях соединения ответвляющего оборудования, зарегистрированных с повышенным временным разрешением и глобальной синхронизацией в период времени между моментами прихода фронта электромагнитной волны к противоположным концам линии электропередачи.
Достижению технического результата способствует следующие варианты способа.
На узлах ответвления линии электропередачи измеряют токи и (или) напряжения во вторичных цепях ответвляющего оборудования.
На узлах ответвления линии электропередачи измеряют токи и (или) напряжения в цепях заземления ответвляющего оборудования.
На узлах ответвления линии электропередачи измеряют, по меньшей мере, ток и (или) напряжение в цепи заземления нейтрали соответствующей группы обмоток трансформатора ответвления.
На узлах ответвления линии электропередачи измеряют, по меньшей мере, ток и (или) напряжение в цепи заземления токопроводящего корпуса трансформатора ответвления.
Способ осуществляется устройством, состоящим из двух полукомплектов, подключенных к соответствующим концам линии электропередачи, причем каждый полукомплект содержит блок измерителя электрических величин, вход которого подключен к измерительным преобразователям тока и напряжения на соответствующем конце линии электропередачи, блок сравнения с пороговыми величинами, вход которого подключен к выходу блока измерителя электрических величин, блок регистрации измеренных с повышенным временным разрешением электрических величин, у которого первый вход подключен к выходу блока измерителя электрических величин, второй вход подключен к выходу блока сравнения с пороговыми величинами, третий вход подключен к выходу блока приема сигнала глобального точного времени от спутниковой системы, а выход блока регистрации связан через порт связи по каналу связи с пунктом вычисления места повреждения линии электропередачи, и введенные дополнительно полукомплекты, размещенные на узлах ответвления линии электропередачи, которые связаны через порты связи по каналу связи с пунктом вычисления места повреждения линии электропередачи, причем в каждом полукомплекте на узле ответвления вход блока измерителя электрических величин подключен к измерительным преобразователям тока и (или) напряжения, установленным в цепях ответвляющего оборудования.
Достижению технического результата способствует следующие варианты устройства.
В полукомплекте на узле ответвления вход блока измерителя электрических величин подключен к измерительным преобразователям тока и (или) напряжения, установленным во вторичных цепях ответвляющего оборудования.
В полукомплекте на узле ответвления вход блока измерителя электрических величин подключен к измерительным преобразователям тока или (и) напряжения, установленным в цепях заземления ответвляющего оборудования.
В полукомплекте на узле ответвления вход блока измерителя электрических величин подключен к измерительному преобразователю тока или (и) напряжения, установленному, по меньшей мере, в цепи заземления нейтрали соответствующей группы обмоток трансформатора ответвления.
В полукомплекте на узле ответвления вход блока измерителя электрических величин подключен к измерительному преобразователю тока или (и) напряжения, установленному, по меньшей мере, в цепи заземления токопроводящего корпуса трансформатора ответвления.
В полукомплекте на узле ответвления блок измерителя электрических величин выполнен с возможностью подключения к измерительным преобразователям тока и напряжения с расширенной полосой частот.
Сравнительный анализ заявленного технического решения с известными аналогами и прототипом, показал, что предложенное техническое решение содержит новые элементы и новые связи, обеспечивающие повышение точности и более широкое применение.
Предложенное техническое решение связано с возможностью увеличения объема информационных данных, призванных обеспечить улучшение в отношении анализа и идентификации параметров электромагнитной волны. Это положение реализуется с помощью дополнительных полукомплектов, размещенных на промежуточных узлах линии электропередачи, где наиболее высоки риски искажений по причине нарушения однородности фазочастотных характеристик линии электропередачи. При этом объект измерения, представленный протяженной линией электропередачи с неоднородными участками, оказывается условно разделенным на ряд объектов измерения, представленных короткими участками линии электропередачи с однородными фазочастотными характеристиками, где временные параметры электромагнитной волны могут быть определены достаточно точно. Если ответвляющее оборудования не предусматривает использование измерительных преобразователей в первичных цепях, то возможно их использование в цепях вторичного соединения. Электромагнитная волна распространяется от места повреждения одновременно по всем линиям электропередачи относительно земли, следовательно, для ее идентификации могут быть использованы измерения тока или напряжения и в цепях заземления. В этих случаях собственные распределенные параметры ответвляющего оборудования выполняют функцию избирательной цепи, связывающей линии электропередачи с землей через заземляющий проводник, на котором осуществляется измерение волнового сигнала с помощью широкополосных пробников тока и напряжения.
Таким образом, заявленные способ и устройство обеспечивают возможность более точно определять место повреждения и могут иметь более широкое применение, чем прототип.
Заявленные способ и устройство представляют собой новые и оригинальные решения, они существенно отличаются от известных аналогов и соответствуют критериям изобретательского уровня и новизны.
На фигуре приведена структурная схема одного из варианта предложенного технического решения.
Схема содержит линию электропередачи 1 с местом повреждения 2 (3, 4). На первом 5 и втором 6 концах линии электропередачи 1 размещены полукомплекты 7 и 8, подключенные к измерительным преобразователям, соответственно к трансформаторам тока 9 и 10 и напряжения 11 и 12. Размещенные на узлах ответвлений 13 и 14 полукомплекты 15 и 16, подключены к цепям заземления 17 и 18 трансформаторов ответвлений 19 и 20 через измерительные преобразователи с расширенной полосой частот: трансформаторные пробники тока 21 и 22, установленные на заземляющих проводниках 17 и 18, и пробники напряжения 23 и 24, подключенные непосредственно к зажимам заземления трансформаторов ответвлений 19 и 20. Полукомплекты 7 и 8 на концах линии и полукомплекты 15 и 16 на узлах ответвлений связаны по каналу связи 25 с пунктом вычисления места повреждения 26 линии электропередачи 1, который может быть размещен как на первом, так и на втором конце линии электропередачи.
Полу комплект 7 содержит следующие функциональные блоки: блок измерителя электрических величин 27, на вход которого поступают сигналы от соответствующих измерительных преобразователей тока и напряжения; блок сравнения с пороговыми величинами 28, вход которого подключен к выходу блока измерителя электрических величин 27; блок регистрации электрических величин 29, у которого первый вход подключен к выходу блока измерителя электрических величин 27, второй вход подключен к выходу блока сравнения с пороговыми величинами 28, третий вход подключен к выходу блока приема сигнала глобального точного времени от спутниковой системы 30, и порт связи 31, через который данные с выхода блока регистрации 29 передаются на пункт вычисления места повреждения 26. Полукомплекты 8, 15 и 16 содержат аналогичные функциональные блоки.
В полукомплектах 7 и 8 на концах линии электропередачи используются блоки измерителя электрических величин, выполненные с возможностью приема сигналов от измерительных преобразователей, установленных в первичных цепях. В полукомплектах 15 и 16 на узлах ответвлений 13 и 14 линии электропередачи используются блоки измерителя электрических величин, выполненные с возможностью приема сигналов от широкополосных измерительных преобразователей, устанавливаемых во вторичных цепях ответвляющего оборудования, в частности, в цепях заземления трансформаторов ответвления.
Устройство работает следующим образом. В нормальном режиме измерительным блоком 27 полукомплекта 7 и аналогичным измерительным блоком полукомплекта 8 осуществляются измерения текущих токов и напряжений с помощью трансформаторов тока 9 и 10 и напряжения 11 и 12 в первичных цепях на концах 5 и 6 линии 1. Аналогичными измерительными блоками полукомплектов 15 и 16 осуществляются измерения текущих электрических величин в цепях заземления 17 и 18 ответвляющих трансформаторов 19 и 20, которые выполняются с помощью ВЧ пробников тока 21 и 22 напряжения 23 и 24. Измерения осуществляются с повышенным временным разрешением в условиях скользящего окна.
При повреждениях на линии возникает переходные процессы в первичных и вторичных цепях на концах и на узлах ответвлений линии, фиксируемые всеми полукомплектами по факту превышения измеряемых токов и напряжений соответствующих пороговых величин. Аварийное событие при коротком замыкании в точке 2 в первую очередь фиксируются полукомплектом 7 на конце линии 1, в котором блоком сравнения 28 производится пуск блока регистрации 29, осуществляющего запись информационного сигнала с выделением начального этапа развития переходного процесса, и ближайшим к месту повреждения полукомплектом 15 на узле ответвления 13, в котором регистрация информационного сигнала осуществляется с помощью аналогичных блоков. Полукомплектом 16 на узле ответвления 14 и полукомплектом 8 на другом конце линии 6 это событие фиксируется несколько позже, причем по причине неоднородности волновых параметров линии на участках от места повреждения ими записываются искаженные информационные сигналы. В том случае, когда замыкание происходит в точке 3, то меньшим искажениям подвергаются информационные сигналы, регистрируемые ближайшими к месту повреждения 3 полукомплектами 15 и 16. Когда замыкания происходит в точке 4 менее искаженными оказываются сигналы, записанные ближайшими к месту повреждения 4 полукомплектами 16 и 8.
Синхронность записи информационных сигналов блоком 29 полукомплекта 7 и аналогичными блоками полукомплектов 8, 15 и 16 обеспечивается с помощью сигналов точного времени, поступающих с блока приема глобального точного времени спутниковой системы 30 в полукомплекте 7 и аналогичных блоков - в полукомплектах 8, 15 и 16.
Определение меток времени производится посредством детальной обработки данных, поступивших в пункт вычисления 26 по каналу связи 25 от полукомплекта 7 через порт связи 31 и через аналогичные порты связи от полу комплектов 8, 15 и 16. По результатам анализа данных, поступивших от полукомплектов 7 и 8, определяются моменты времени прихода фронта электромагнитной волны к концам 5 и 6 линии электропередачи, которые используются для приближенной оценки места повреждения. По результатам анализа данных, поступивших от полукомплектов 15 и 16, определяются моменты времени прихода фронта электромагнитной волны на узлы ответвления 13 и 14, после чего пересчитывается расстояние до места повреждения с повышенной точностью.
Таким образом, использование дополнительных введенных полукомплектов на промежуточных узлах линии электропередачи с средствами измерения электрических величин с расширенной полосой частот и регистрации с повышенным временным разрешением и глобальной синхронизацией дает возможность повысить качественное и количественное информационное наполнение в собранных данных, использованных для определения места повреждения с повышенной точностью.
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.
3. Патент РФ №2700294 МПК G01R 31/08, опубл. 16.09.2019, бюл. №26 (прототип).