СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТ ДВОЙНОГО ЗАМЫКАНИЯ МНОГОПРОВОДНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ
METHOD OF DETERMINING POINTS OF DOUBLE SHORT-CIRCUIT IN MULTIWIRE POWER GRID

Изобретение относится к релейной защите и автоматике электрических систем. Оно решает задачу, сама постановка которой стала возможной только в последнее время, когда появилась возможность обмениваться результатами наблюдения протяженного объекта в удаленных друг от друга местах.
Известны способы локации замыкания в линии электропередачи с использованием ее модели [1]; с появлением таких способов в теорию и практику релейной защиты вошло понятие «место предполагаемого повреждения». Это место варьируется и, следовательно, задается произвольно. Модель объекта составляется для каждого фиксированного места предполагаемого повреждения. Оставаясь стереотипной, она при переходе от одного места к другому изменяет всего лишь параметры участков, преобразующих наблюдаемые токи и напряжения в электрические величины места предполагаемого повреждения. Первый из способов такого рода предназначен для линий, наблюдаемых с одной стороны [2].
Известен также более общий способ локации замыканий в электрической системе на основе многосторонних наблюдений [3]. Модель поврежденной линии в этом способе включает в свой состав два участка. Первый участок преобразует токи и напряжения, наблюдаемые на одной стороне линии, в токи и напряжения до места предполагаемого повреждения. Второй участок преобразует токи и напряжения, наблюдаемые на другой стороне сети, в токи и напряжения после места предполагаемого повреждения. Физическая достоверность моделей, составленных для разных мест предполагаемого повреждения, проверяется критерием повреждения.
Недостатки упомянутого способа обусловлены присущими ему ограничениями. Он рассчитан на распознавание повреждения сети только в одном месте (одиночное повреждение) и приспособлен только к трехфазной системе. Ему свойственна узкая трактовка условий повреждения сети в виде критерия резистивности, предполагающего построение модели повреждения только из резистивных элементов.
Предлагаемый способ призван расширить функциональные возможности прототипа. Обобщение способа касается распознавания мест двойных замыканий (в двух разных местах) в многопроводных сетях, например, двухцепных линиях электропередачи, а также использования энергетического критерия повреждения, более общего, чем критерий резистивности.
Поставленная цель достигается благодаря своеобразному построению модели контролируемой сети и введению новых преобразователей наблюдаемых токов и напряжений. Модель строится не для одного, а для двух мест предполагаемых повреждений, и координаты обоих мест варьируются. Помимо двух участков модели от мест наблюдения до места предполагаемого повреждения вводится третий участок между двумя различными местами. Новый участок модели выполняет преобразование напряжений двух предполагаемых повреждений в токи, протекающие за первым местом и до второго места. Далее определяются токи, текущие в поперечные ветви повреждений (дифференциальные токи) и определяются мощности, потребляемые каждым повреждением. Критерий резистивности повреждений применяется одновременно к обоим предполагаемым повреждениям. Предполагаемые повреждения признаются реальными, если их реактивные мощности достигают нулевых значений. Подчеркнем, что критерий резистивности должен выполняться сразу в двух местах предполагаемых повреждений.
ff1
ff2
f1
f2
На фиг.1 приведена структура многопроводной сети, наблюдаемой на обеих концевых подстанциях. В сети произошло двойное замыкание в местах с координатами х и х. На фиг.2 приведена модель контролируемой сети, предназначенная для распознавания двойных замыканий. Модель составлена для двух мест предполагаемых замыканий. Произвольные координаты этих мест - х и х. На фиг.3 приведена структурная схема, иллюстрирующая предлагаемый способ.
ff1
ff2
Многопроводная электрическая сеть 1 наблюдается на подстанциях 2 и 3. Она повреждена в двух местах, координаты которых х и х неизвестны и подлежат определению. Токи и напряжения, наблюдаемые на подстанции 2, обозначены как n - мерные комплексы
,
, где n - число проводов, на подстанции 3 - как
,
.
Модель сети составлена из крайних участков 4, 5 и из среднего участка 6, а также из ответвлений 7, 8, обусловленных замыканиями.
В структурной схеме по фиг.3 выполняются те же преобразования, что и в модели сети. Отличие состоит в том, что структурная схема физически реализуема и действует по предложенному способу, в то же время как модель сети отображает состояние объекта с двумя предполагаемыми повреждениями. Подать на модель наблюдаемые электрические величины физически невозможно, так как на одних и тех же зажимах нельзя одновременно задать и ток, и напряжение.
Структурная схема состоит из преобразователей, включающих в себя масштабирующие элементы 9-20 и сумматоры 21-24, формирователей комплексной мощности 25, 26, нуль-индикаторов 27, 28, пороговых элементов 29-30 и логического блока 31.
f1
f2
f1
f2
В модели сети по фиг.2 указана зависимость всех величин, получаемых в результате преобразований наблюдаемых токов и напряжений, от координат х и х двух мест предполагаемых повреждений. Те же величины в схеме по фиг.3 приведены без указания этой зависимости. Рассмотрим последовательность операций, выполняемых по предлагаемому способу для некоторой пары значений х и х. Длины участков 4-6 электрической сети при этом принимают конкретные значения, и для каждого из трех участков модели сети определяются коэффициенты передачи известных сигналов в неизвестные. Каждый участок представляет собой многополюсник с n выходными зажимами. Первый участок задается уравнениями обратной передачи сигналов
,
,
второй (крайний, как и первый) участок задается уравнениями прямой передачи
,
,
наконец, третий (центральный) участок задается уравнениями формы
,
.
Безразмерные коэффициенты передачи обозначены здесь буквой
, с размерностью проводимости -
, сопротивления -
.
Из описания участков модели сети коэффициенты передачи переносятся в структурную схему преобразования сигналов. Таким образом, масштабирующие элементы 9-20 получают следующие параметры, перечисляемые в порядке следования номеров:
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
. Наблюдаемые токи и напряжения
,
,
,
преобразуются элементами 9-20 в токи
,
,
,
и напряжения
,
,
,
.
В сумматорах 21, 22 формируются напряжения мест предполагаемых повреждений
,
,
затем эти напряжения преобразуются масштабирующими элементами 17-20 в токи
,
,
,
.
Коэффициенты передачи масштабирующих элементов 9-20 указаны непосредственно на схеме.
Четырехвходовые сумматоры 23, 24 формируют токи в местах предполагаемых повреждений 7, 8, объединяя слагаемые токов
и
и
как это следует из модели сети по фиг.2:
,
.
Органы 25, 26, формирующие комплексные мощности, потребляемые предполагаемыми повреждениями 7, 8, перемножают вектор комплексных напряжений и вектор сопряженных комплексов токов каждого повреждения
,
.
На выходы органов мощности 25, 26 поступают сигналы, передающие значения активной реактивной мощностей - составляющие комплексной мощности
,
.
Нуль-индикаторы 27, 28 реагируют на выполнение главных условий реальности повреждения
,
,
а пороговые элементы 29, 30 дополнительно проверяют физическую достоверность модели сети по условию неспособности повреждений генерировать активную мощность
,
.
Нулевые значения возможны при металлических коротких замыканиях.
f1
f2
Оконечный логический элемент 31 фиксирует выполнение всех четырех условий для реактивных и активных мощностей двух повреждений по срабатыванию четырех элементов 27-30 и выдает значения
,
варьируемых координат х, х мест предполагаемых повреждений, при которых это совместное срабатывание произошло.
Предполагаемый способ распознавания двойного замыкания свободен от методической погрешности. Обеспечиваемая им точность локации полностью определяется степенью адекватности модели сети реальному объекту. Необходимо заметить, что предполагается синхронизация наблюдений на обеих сторонах сети. Она выполняется либо посредством спутниковой связи, либо с помощью модели неповрежденной сети при наблюдении предшествующего режима.
Источники информации
1. Ю.Я. Лямец, В.И. Антонов, В.А. Ефремов и др. Диагностика линий электропередачи. Межвуз. сб. науч. тр., Чебоксары, изд-во Чуваш, ун-та, 1992, С.9-32.
2. Патент РФ №2033622, кл. G01R 31/11, Н02Н 3/28, 1995.
3. Патент РФ №2033623, кл. G01R 31/11, Н02Н 3/28, 1995.