СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА ОДНОФАЗНОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ В РАЗВЕТВЛЕННОЙ ВОЗДУШНОЙ ЛЭП С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ
METHOD TO DETECT AREA OF SINGLE-PHASE GROUND FAULT IN MULTI-TERMINAL POWER TRANSMISSION LINE WITH INSULATED NEUTRAL

Изобретение относится к техническому обслуживанию линий электропередачи (ЛЭП) с изолированной нейтралью мобильным бесконтактным способом и может быть использовано для определения места однофазного замыкания на землю в разветвленной воздушной ЛЭП с изолированной нейтралью.
Известен способ определения места однофазного замыкания на землю в разветвленной воздушной ЛЭП с изолированной нейтралью (см. патент RU №2248583, дата публ.: 20.03.2005, G01R 31/08), при котором фиксируют аварийный сигнал, содержащий гармонические составляющие, преобразуют аварийный сигнал в сигналы напряжения и тока, пропорциональные напряженностям электрического и магнитного полей, с помощью преобразования Фурье получают последовательность значений амплитуд и фазовых углов сигналов напряжения и тока этих гармонических составляющих, по которым судят о результатах.
Основным недостатком данного способа является возможность ошибки при определении направления поиска места однофазного замыкания. Ошибка возможна в случае, когда максимальные амплитуды в ряде сигналов напряжения и токов не совпадают по частоте.
Перед авторами была поставлена задача: создать мобильный бесконтактный быстродействующий способ определения места однофазного замыкания на землю в разветвленной воздушной ЛЭП с изолированной нейтралью, используя цифровые методы анализа гармонических составляющих сигнала, и обеспечить высокую точность и удобство измерений.
Целью изобретения является повышение точности определения места однофазного замыкания на землю в разветвленной воздушной ЛЭП с изолированной нейтралью.
Поставленная цель достигается тем, что при определении места однофазного замыкания на землю в разветвленной воздушной ЛЭП с изолированной нейтралью последовательно и под каждой ветвью воздушной ЛЭП измеряют и фиксируют в качестве аварийного сигнала напряженности электрического и магнитного поля, которые затем преобразуют с помощью преобразования Фурье в ряды значений амплитуд и фазовых углов гармонических составляющих, пропорциональных напряженностям электрического и магнитного поля ЛЭП различных частот, после чего вычисляют векторную сумму ряда комплексных значений, у которых модуль получается в результате перемножения амплитуды гармонической составляющей определенной частоты, пропорциональной напряженности электрического поля, на соответствующую амплитуду гармонической составляющей этой же частоты, пропорциональной напряженности магнитного поля, а аргумент получают в результате вычитания из аргумента гармонической составляющей этой же частоты, пропорциональной напряженности электрического поля, соответствующего аргумента гармонической составляющей, пропорциональной напряженности магнитного поля. По расположению вектора полученной векторной суммы на комплексной плоскости определяют направление на место замыкания на землю, при этом место замыкания на землю в ЛЭП определяют по смене направления поиска.
Наличие однофазного замыкания на землю определяется по превышению амплитуды первой гармонической составляющей в сигнале, пропорциональном напряженности электрического поля, над эталонной амплитудой первой гармоники в сигнале, пропорциональном напряженности электрического поля, измеренном в нормальном режиме.
Способ осуществляют следующим образом.
В нормальном режиме работы ЛЭП измеряют и фиксируют сигнал, пропорциональный напряженности электрического поля. Измерения проводят на безопасном расстоянии, равном 8-10 м от проекции оси ЛЭП на землю.
С помощью преобразования Фурье сигнал преобразуют в ряд значений амплитуд гармонических составляющих различных частот (спектр), из которых выделяют амплитуду первой гармонической составляющей, принимают ее за эталон и фиксируют.
Во время поиска места однофазного замыкания возможно самоустранение замыкания на землю или переход его в двухфазное замыкание с последующим отключением. Наличие однофазного замыкания на землю определяется по превышению амплитуды первой гармонической составляющей в сигнале, пропорциональном напряженности электрического поля, над эталонной амплитудой первой гармоники измеренной в нормальном режиме работы ЛЭП.
После получения информации о наличии однофазного замыкания на землю бригада ремонтно-технического обслуживания ЛЭП устанавливает, на какой отходящей от подстанции ЛЭП произошло замыкание на землю.
Для этого последовательно, начиная от подстанции и под каждой ветвью воздушной ЛЭП, а затем в местах разветвлений, измеряют и фиксируют сигналы, пропорциональные напряженностям электрического и магнитного поля ЛЭП. Измерения проводят на безопасном расстоянии, равном 8-10 м от линии проекции оси ЛЭП на землю.
С помощью преобразования Фурье зафиксированные сигналы преобразуют в ряд значений амплитуд и фазовых углов гармонических составляющих различных частот.
Направление на место замыкания на землю в ЛЭП определяют путем нахождения векторной суммы ряда комплексных значений, у которых модуль получается в результате перемножения соответствующей амплитуды гармонической составляющей сигнала, пропорционального напряженности электрического поля, на соответствующую гармоническую составляющую сигнала, пропорционального напряженности магнитного поля, а аргумент - в результате вычитания из соответствующего аргумента сигнала, пропорционального напряженности электрического поля, соответствующего аргумента сигнала, пропорционального напряженности магнитного поля. При этом, если вектор полученной векторной суммы находится в первой или четвертой четвертях комплексной плоскости, то направление поиска -«направо», а расположению вектора во второй и третьей четвертях соответствует направление поиска «налево».
Если направление поиска указывает на питающую подстанцию, то данная ЛЭП не повреждена. Поврежденная ЛЭП определяется по направлению поиска от питающей подстанции. Место замыкания на землю в этой ЛЭП определяют по смене направления поиска.
На фиг. 1 представлена разветвленная воздушная ЛЭП с изолированной нейтралью, отходящая от трансформаторной подстанции «Ухтым».
В точках 1, 2, 3, 4, 5 проведены измерения сигналов, пропорциональных напряженностям электрического и магнитного поля ЛЭП.
В качестве датчиков магнитного поля можно использовать катушку индуктивности с разомкнутым магнитным сердечником, а в качестве датчика электрического поля - телескопическую антенну или металлическую пластинку. Записи измеренных сигналов представлены на фиг. 3 и фиг. 4.
Измеренные сигналы фиксировались через равные промежутки времени в течение 20 мс. В результате были получены 1024 точки сигнала (табл. 1).
Зафиксированный сигнал с помощью преобразования Фурье был разложен в спектр амплитуд и фазовых углов гармонических составляющих сигналов, пропорциональных напряженности электрического и магнитного поля ЛЭП. Полученный спектр содержит 512 гармонических составляющих (табл. 2).
Для определения наличия замыкания на землю из полученного спектра, пропорционального напряженности электрического поля, выделяют амплитуду первой гармоники и сравнивают ее с эталонной амплитудой, измеренной в нормальном режиме работы.
Амплитудное значение первой гармоники в сигнале, пропорциональном напряженности электрического поля, составило 214 условных единиц (табл. 2). Значение эталонной амплитуды, измеренной в нормальном режиме работы ЛЭП, составило 29 условных единиц. Превышение амплитуды первой гармонической составляющей в сигнале, пропорциональном напряженности электрического поля, над эталонной амплитудой, измеренной в нормальном режиме свидетельствует о наличии замыкания на землю в данной ЛЭП.
Направление на место замыкания на землю в ЛЭП определяют путем нахождения векторной суммы ряда комплексных значений, у которых модуль получается в результате перемножения соответствующей амплитуды гармонической составляющей сигнала, пропорционального напряженности электрического поля, на соответствующую гармоническую составляющую сигнала, пропорционального напряженности магнитного поля, а аргумент - в результате вычитания из соответствующего аргумента сигнала, пропорционального напряженности электрического поля, соответствующего аргумента сигнала, пропорционального напряженности магнитного поля. При этом если вектор полученной векторной суммы располагается в первой или четвертой четвертях комплексной плоскости, то направление поиска -«направо» по линии, а расположению вектора во второй и третьей четвертях соответствует направление поиска «влево» по линии (табл. 3).
Если направление поиска указывает на питающую подстанцию, то данная ЛЭП не повреждена. Поврежденная ЛЭП определяется по направлению поиска от питающей подстанции (табл. 3). Место замыкания на землю в этой ЛЭП определяют по смене направления поиска.
Для обработки зафиксированных сигналов был использован микроконтроллер STM32F103E фирмы STMicroelectronics.
При известной поврежденной ветви ЛЭП, например, по показаниям приборов, установленных на питающей подстанции, поиск места замыкания на землю можно начинать с поврежденной ветви. Бригада ремонтно-технического обслуживания движется на машине к любому месту разветвления ветви с аварийным сигналом, где производятся измерения сигналов пропорциональных напряженностям электрического и магнитного поля.
Зафиксированные сигналы преобразуют и получают направление поиска. По направлению к месту замыкания судят о том, по какой ветви следует двигаться к следующему месту разветвления ветви с аварийным сигналом.
Если в следующем месте разветвления ветви с аварийным сигналом направление поиска указывает на предыдущее место измерений, то место замыкания расположено между двумя точками измерений. Двигаясь вдоль линии следят за направлением поиска. Место смены направления поиска свидетельствует о месте замыкания на землю (фиг. 2).
Полученные данные измерений и расчетов сведены в таблицы 1-3.
Предлагаемый способ определения места однофазного замыкания на землю в разветвленной воздушной ЛЭП с изолированной нейтралью позволяет за короткий период времени с высокой точностью, в сравнении с известными ранее способами определения места однофазного замыкания на землю в разветвленной воздушной ЛЭП с изолированной нейтралью, определить место однофазного замыкания.