СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВРЕЖДЕННОГО УЧАСТКА И ТИПА ПОВРЕЖДЕНИЯ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СЕТИ С РАЗВЕТВЛЕННОЙ ТОПОЛОГИЕЙ
METHOD FOR IDENTIFICATION OF DAMAGED SECTION AND NATURE OF DAMAGE WITHIN ELECTRIC POWER GRID OF RAMIFIED TOPOLOGY

Изобретение относится к релейной защите электрических систем и может быть использовано для определения поврежденного участка и типа повреждения в электроэнергетической сети с разветвленной топологией. Область действия данной релейной защиты - воздушные сети электропередачи среднего напряжения.
Известен локационный способ ОМП, который позволяет определять расстояние до повреждения в неразветвленной линии (см. международная заявка Soraghan J.J. Automatic fault location in cabling systems. Patent, IPN: WO 98/1370 (02.04.98); Шалыг Г.М. Способ определения расстояния до места повреждения линии электропередачи и связи. Патент №185405 (07.10.1966); патент RU 2269789 C1 (10.02.2006)). Постоянное совершенствование этого способа в течение нескольких десятилетий позволило выйти на точности, недостижимые другими методами. Локационный способ обеспечивает большой диапазон измеряемых расстояний, низкую погрешность измерения. Но все это касается неразветвленных кабелей, проводов и т.д.
В сетях со сложной разветвленной топологией существует проблема, связанная с неоднозначностью определения повреждений, решение которой невозможно только на основе локационного импульсного зондирования с одного (ведущего) устройства.
Известен способ, который осуществляет мониторинг сети и использует данные рефлектометрии для определения наличия дефектов проводов и кабелей в сетях с разветвленной топологией (прототип изобретения, см. патент RU 2319972 C1 (20.03.2008), Карпов А.В, Закиров А.Н. Способ определения наличия дефектов проводов и кабелей в сегментах сетей с разветвленной топологией), и заключается в том, что ведущее оконечное оборудование осуществляет одновременно локационное зондирование и измерение фазы несущей, принятой от ведомого оконечного оборудования, данные заносят в память микроЭВМ, измеренное значение фазы и форму рефлектограммы сравнивают с предыдущими значениями и в случае изменения значения фазы или формы рефлектограммы определяют наличие или отсутствие повреждения в зондируемом сегменте.
Известен способ определения местоположения повреждений в сетях с разветвленной топологией (прототип изобретения, см. патент RU 2386974 C1 (23.12.2008), Карпов А.В., Закиров А.Н.), принятый за прототип, основанный на мониторинге сети и использовании данных рефлектометрии, измеряемых ведущим устройством в сети, отличающийся тем, что ведущее устройство осуществляет предварительный сбор информации о целостности сегментов в контролируемом участке сети путем опроса ведомых устройств (сканирования сети), при этом ведущее устройство генерирует сканирующий маркер (кадр СМ) с пустым информационным полем близлежащему в сети ведомому устройству, которое в свою очередь предварительно меняет содержимое информационного поля кадра СМ уникальным для данного ведомого устройства кодом и передает его следующему в звене ведомому устройству, которое производит те же операции, что и предыдущее ведомое устройство; описанный процесс передачи кадра СМ происходит вплоть до концевого в звене ведомого устройства n или до первого поврежденного сегмента, привязанного к определенному ведомому устройству i; далее ведомые устройства n или i передают кадр СМ с образовавшимся к этому моменту информационным полем обратно ведущему устройству (отражение кадра СМ) путем ретрансляции через те же промежуточные в звене ведомые устройства, а ведущее устройство принимает отраженный кадр СМ и заносит соответствующее информационное поле в память микро ЭВМ, по которому определяют наличие или отсутствие повреждений в сегментах сети.
Недостатком этих изобретений является то, что по сети передается информационный высокочастотный сигнал. При этом не учитываются следующие свойства линий электропередачи:
- при передаче высокочастотных сигналов по одной фазе трехфазной линии электропередачи, сигналы будут наводиться и на остальные провода линии электропередачи (за счет электромагнитной связи между проводами линии электропередачи). В результате, замыкание или обрыв одного фазного провода - не приведет к блокировке передачи высокочастотных сигналов по ЛЭП. Фактически - выше приведенные методы не будут работать в условиях реальной линии электропередачи;
- оба вышеприведенных метода не различают тип повреждения в линии электропередачи: однофазное замыкание на землю, межфазное замыкание, обрыв одной фазы и т.д.
Задачей данного изобретения является определение поврежденного участка и типа повреждения в электроэнергетической сети с разветвленной топологией.
Технический результат достигается тем, что ведущее устройство осуществляет предварительный сбор информации о целостности сегментов в контролируемом участке сети путем опроса ведомых устройств (сканирования сети). При этом ведомые устройства, расположенные на границах сети (на каждом конце линии разветвленной сети), генерирует высокочастотное напряжение прямой последовательности U1: высокочастотные напряжения Ua, Ub, Uc подают одновременно на все три фазных провода A, B, C линии электропередачи, и данные напряжения сдвинуты по фазе друг относительно друга на 120 градусов. Ведущее устройство, расположенное на питающей данную сеть подстанции, принимает и записывает трехфазное высокочастотное напряжение (записывает напряжения Ua, Ub, Uc), передаваемое каждым ведомым устройством в отдельности. Совместная обработка всех трехфазных высокочастотных сигналов со всех ведомых устройств позволяет однозначно определить:
1) поврежденный сегмент сети,
2) вид повреждения (однофазное замыкание на землю, межфазное замыкание, обрыв одной фазы и т.д.).
Рассмотрим предлагаемый способ на примере простой сети (фиг.1, однолинейная схема трехфазной сети), которая питается от подстанции 1, и имеет несколько участков сети: 2, 3, 4, 5, 6. На питающей подстанции 1 установлено ведущее устройство 7, на каждом конце линий установлены ведомые устройства 8, 9, 10. Ведомые устройства 8, 9, 10 генерирует высокочастотное напряжение прямой последовательности U1: высокочастотные напряжения Ua, Ub, Uc подаются на все три фазных провода A, B, C линии электропередачи, и данные напряжения сдвинуты по фазе друг относительно друга на 120 градусов. Ведомые устройства 8, 9, 10 подают высокочастотное напряжение на линию последовательно (сначала 8, затем 9, затем 10), при этом они не мешают друг другу. Ведущее устройство 7 принимает и записывает трехфазное высокочастотное напряжение (напряжения Ua, Ub, Uc), передаваемое каждым ведомым устройством в отдельности, и на базе напряжений Ua, Ub, Uc определяет напряжения нулевой последовательности U0, прямой последовательности U1 и обратной последовательности U2.
В отсутствии повреждений, ведущее устройство 7 примет от всех ведомых устройств 8, 9, 10 напряжение прямой последовательности U1, напряжения нулевой последовательности U0 и обратной последовательности U2 будут равны нулю. То есть признаком нормального состояния (без повреждений) являются значения:
Без повреждений: U1>0, U0=0, U2=0.
При возникновении на линии на участке 4 повреждения 11 изменятся соотношения между симметричными составляющими U0, U1, U2, полученными от ведомых устройств 8, 9, 10. И в зависимости от пути, по которому проходит высокочастотный сигнал от ведомого устройства до ведущего устройства 7, будут получены разные соотношения между симметричными составляющими U0, U1, U2. Это позволяет определить, на каком участке сети (2, 3, 4, 5, 6) произошло повреждение и определить тип этого повреждения.
Так, если повреждение 11 - это однофазное замыкание на землю (ОЗЗ), то напряжение нулевой последовательности U0 станет отличным от нуля, а напряжение обратной последовательности U2 будет равно нулю:
ОЗЗ: U1>0, U0>0, U2=0.
Если повреждение 11 - это двухфазное замыкание 2ФЗ (например: замыкание между фазами A и B), или обрыв одной фазы (например: фазы A), то все симметричные составляющие станут отличными от нуля:
2ФЗ или Обрыв А: U1>0, U0>0, U2>0.
Отличить двухфазное замыкание от обрыва одной фазы достаточно легко: при обрыве, например, фазы A - фазное напряжение Ua будет близко к нулю.
Обнаружение поврежденного участка осуществляется по сравнению сигналов с различных ведомых устройств. При учете пути прохождения сигнала от ведомого устройства к ведущему важно, есть ли на этом пути повреждение. Наиболее просто понять принцип в случае обрыва одной фазы, например фазы A на участке 4 (повреждение 11). Тогда фазное напряжение Ua будет близко к нулю для сигналов ведомых устройств 9 и 10, поскольку для обоих ведомых устройств 9 и 10 путь прохождения сигнала до ведущего устройства 7 включает участок 4. В то же время для ведомого устройства 8 фазное напряжение Ua будет иметь близкое к другим фазным напряжениям Ub и Uc значение, поскольку для ведомого устройства 8 путь прохождения сигнала до ведущего устройства 7 не включает участок 4. Таким образом, сравнивая сигналы с ведомых устройств 8, 9 и 10 можно определить поврежденный участок 4.
Особенностью данного способа является подключение ведущего и ведомых устройств к низкому напряжению, используя для подключения к сети измерительный трансформатор напряжения (вторичные цепи) или силовой трансформатор собственных нужд (низкая сторона 0,4 кВ). Это возможно, поскольку измерительный трансформатор напряжения и силовой трансформатор собственных нужд работает не только на напряжении промышленной частоты 50 Гц, но и на высокочастотных сигналах звуковой частоты (1-10)кГц. В результате нет необходимости устанавливать специальные устройства присоединения высокочастотного оборудования к высоковольтной сети.
Таким образом, изобретение относится к релейной защите электрических систем и позволяет определить поврежденный участок и тип повреждения в электроэнергетической сети с разветвленной топологией. Кроме того, для данного метода не требуется установка специальных устройств присоединения к линии электропередачи.