Устройство для определения места повреждения линии электропередачи
DEVICE FOR DETERMINING LOCATION OF DAMAGE TO POWER LINE

Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики и может быть использовано для определения места повреждения линий электропередачи в электрических сетях среднего класса напряжения.
Известно техническое решение для определения места повреждения линии электропередачи волновым методом с двухсторонним измерением [1], содержащее средства измерения токов и напряжений на концах линии электропередачи, сравнения их с соответствующими пороговыми величинами и фиксирования моментов 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 фронта 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.
Известно устройство [2], содержащее 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.
Недостатки устройства обусловлены следующими факторами.
Момент начала переходного процесса определяется разовым процессом выделения аварийного сигнала и вычисления коэффициента эксцесса в условиях скользящего временного окна, которым инициируется процесс срабатывания компаратора и пуска таймера. В результате, всевозможные негативные факторы, в том числе и аппаратные шумы, могут оказывать существенное влияние на момент пуска таймера, которым определяется метка времени прихода фронта электромагнитной волны. Следовательно, при разовой процедуре выделения метки времени вероятность неточного определения места повреждения оказывается очень высокой.
Наиболее близким по технической сущности решением является устройство [3], принятое за прототип, которое состоит из двух полукомплектов, размещенных на соответствующих концах линии электропередачи, каждый из которых содержит следующие функциональные блоки: измерительный блок электрических величин, связанный с измерительными трансформаторными преобразователями напряжения и тока, установленными на концах линии; блока сравнения с пороговыми величинами; блок приема сигнала глобального точного времени от спутниковой системы и блока регистрации измеренных с повышенным временным разрешением электрических величин, связанного через порт связи по каналу связи с аналогичным портом второго полукомплекта.
В этом устройстве момент прихода фронта электромагнитной волны на соответствующий конец линии электропередачи определяется посредством детального анализа исходного сигнала, содержащего волновую составляющую, что дает возможность несколько точнее определять место повреждения, чем в рассмотренном выше аналоге.
Однако, применение этого устройства эффективно лишь в тех случаях, когда выделяемая из исходного сигнала волновая составляющая не сильно искажена. На практике в цепях с типовыми измерительными трансформаторами, представляющими явно неоднородную по отношении к линии электропередачи среду распространения для электромагнитной волны, волновая составляющая подвергается значительным искажениям. Этот фактор определяет высокую вероятность неточного определения места повреждения.
Целью предложенного изобретения является повышение точности определения места повреждения.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения места повреждения линии электропередачи, состоящем из двух полукомплектов, подключенных к соответствующим концам линии электропередачи, каждый полукомплект содержит первый измерительный блок, вход которого подключен к измерительным трансформаторным преобразователям на соответствующем конце линии электропередачи, блок сравнения с пороговыми величинами, вход которого подключен к выходу первого измерительного блока, блок приема сигналов глобального точного времени от спутниковой системы, блок регистрации электрических сигналов с повышенным временным разрешением, у которого первый вход подключен к выходу первого измерительного блока, второй вход подключен к выходу блока сравнения с пороговыми величинами, третий вход подключен к выходу блока приема сигналов глобального точного времени от спутниковой системы, и блок вычислителя места повреждения линии электропередачи, у которого вход подключен к выходу блока регистрации электрических сигналов, а выход связан через порт связи по каналу связи с аналогичным портом связи второго полукомплекта, отличающееся тем, что в каждый полукомплект дополнительно введен второй измерительный блок, выполненный с возможностью приема широкополосных частотных сигналов, у которого выход подключен к четвертому входу блока регистрации электрических сигналов, а вход соединен с выходом введенного в устройство датчика ВЧ сигнала, подключенного через конденсаторный блок к фазам линии на соответствующем конце линии электропередачи.
Причем датчик ВЧ сигнала подключен, по меньшей мере, к одной фазе линии.
Сравнительный анализ заявленного технического решения с известными аналогами и прототипом, показал, что оно содержит новые элементы и новые связи, призванные повысить точность и расширить его применение. Технический результат достигается за счет использование в каждом полукомплекте дополнительных средств приема и измерения широкополосного сигнала, обеспечивающих возможность достаточно точно фиксировать волновые процессы.
По мнению авторов, заявленное изобретение представляет собой новое и оригинальное техническое решение, которое существенно отличается от ранее известных, и соответствует критериям «изобретательского уровня» и «новизны».
На чертеже (Фиг. 1) приведена структурная схема предложенного устройства.
Схема содержит линию электропередачи 1 с местом повреждения 2. На одном конце 3 линии 1 установлен первый полукомплект 4 устройства, на противоположном конце 5 линии 1 установлен аналогичный второй полукомплект 6. Полукомплект 4 содержит первый измерительный блок 7, у которого вход подключен к измерительным трансформаторным преобразователям 8, установленным на соответствующем конце линии, и второй измерительный блок 9, выполненный с расширенной полосой рабочих частот, у которого вход подключен к выходу датчика ВЧ сигнала 10, связанного через конденсаторный блок 11 с фазами линии. Выход первого измерительного блока 7 соединен с входом блока сравнения с пороговыми величинами 12 и первым входом блока регистрации электрических сигналов с повышенным временным разрешением 13, у которого второй вход подключен к выходу блока сравнения 12, третий вход подключен к выходу второго измерительного блока 9 и четвертый вход подключен к выходу блока приема сигнала глобального точного времени 14. Выход блока 13 подключен к входу блока вычислителя места повреждения 15, который связан через порт связи 16 по каналу связи 17 с аналогичным портом связи второго полукомплекта 6.
Устройство работает следующим образом. В нормальном режиме первый измерительный блок 7 первого полукомплекта 4 и аналогичный блок второго полукомплекта 6 осуществляют с помощью трансформаторных преобразователей 8 измерение текущего напряжения на концах линии. Второй измерительный блок 9 первого полукомплекта 4 и аналогичный блок второго полукомплекта 6 измеряют с помощью датчиков ВЧ сигналов быстрые волновые процессы на линии электропередачи. При коротком замыкании на линии инициируется переходной процесс, сопровождающийся возникновением в месте повреждения 2 электромагнитной волны, которая распространяется на противоположные концы 3 и 5 по всем фазам линии электропередачи. В обоих полукомплектах 4 и 6 по факту превышения поступающих на вход блоков 7 электрических сигналов пороговой величины, установленной блоком сравнения 12, осуществляет пуск блока 13, регистрирующего начальный этап развития переходного процесса (сигналы, поступившие от блока 7) и волнового процесса (сигналы от блока 9). Записанные с высоким временным разрешением сигналы переходного и волнового процессов обуславливают высокое информационные наполнение данных, передаваемых блоку 15 для вычисления момента времени прихода фронта электромагнитной волны. Синхронность записи блоком 13 первого полукомплекта 4 и аналогичным блоком второго полукомплекта 6 осуществляется с помощью сигналов глобального точного времени, принимаемых блоком 14 от спутниковой системы.
Определение метки времени прихода электромагнитной волны к концу линии 3 производится блоком 15 посредством детальной обработки данных блока 13. По каналу связи 17 производится обмен метками времени между полукомплектами 4 и 6, используемыми для вычисления расстояния до места повреждения 2 линии электропередачи.
В предложенном техническом решении блок конденсаторов 11, связывающий выход датчика 10 с фазными линиями, может быть реализован на основе 3-х конденсаторов связи, у которых первые выводы присоединены к соответствующим фазным линиям, а вторые выводы объединены и присоединены к входу датчика 10. Поскольку, возникающая в месте повреждения электромагнитная волна распространяется одновременно по трем фазам линии, то для ее измерения может быть достаточной связь только с одной фазой линии, т.е. возможно использование блока 11 с одним конденсатором связи.
Использование в устройстве дополнительно введенных средств приема и измерения дают возможность регистрировать сигналы, которые наиболее строго отображают волновые процессы на линии электропередачи, и определять достаточно точно моменты времени прихода фронта электромагнитной волны на концы линии электропередачи. Предложенное техническое решения обеспечивает повышенную точность и может широко применятся в электрических сетях с напряжением 6-35 кВ.
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).