СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА ЗАМЫКАНИЯ ФАЗЫ НА ЗЕМЛЮ
METHOD FOR REMOTE DETERMINATION OF THE PHASE-TO-GROUND CLOSURE POINT

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для дистанционного определения места короткого замыкания фазы на землю на ЛЭП, находящихся под рабочим напряжением.
Известен СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАССТОЯНИЯ ДО МЕСТА ОДНОФАЗНОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ (Патент на изобретение РФ №2216749, МПК G01R 31/08, 2003 г.), заключающийся в том, что на основе регистрации напряжения на поврежденной фазе в начале линии в регистрируемом напряжении в переходном режиме замыкания на землю выделяют частоту, соответствующую частоте собственных колебаний при разряде фазной емкости поврежденной фазы, проверяют ее принадлежность расчетному диапазону частот для поврежденной линии и по зависимости расстояния до места замыкания от частоты собственных колебаний для данной линии и данной сети определяют расстояние до места замыкания.
Недостатками указанного способа являются зависимость частоты разрядных колебаний от текущего значения суммарной емкости поврежденной фазы сети, меняющейся в различных режимах ее работы, а также от переходного сопротивления в месте повреждения. В переходном напряжении, кроме разрядной, содержится еще и зарядная составляющая, связанная с подзарядом емкостей неповрежденных фаз, частота которой во многих случаях зависит только от индуктивности источника питания и практически не зависит от удаленности места однофазного замыкания на землю от шин. Так как частотное разделение разрядной и зарядной составляющих переходного напряжения возможно не всегда, достаточно точное определение частоты разрядных колебаний не всегда возможно.
Известен СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАССТОЯНИЯ ДО МЕСТА ОДНОФАЗНОГО ЗАМЫКАНИЯ В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ (Патент на изобретение РФ №2222026, МПК G01R 31/08, 2004 г.), основан на регистрации и анализе напряжения на поврежденной фазе на шинах пункта питания, при этом указанный анализ проводят таким образом, что регистрируемое напряжение в начальный момент однофазного замыкания аппроксимируют полиномом второй степени, после чего определяют модуль максимального значения производной в начале участка аппроксимации, нормируют по отношению к напряжению пробоя и по расчетной зависимости расстояния до места однофазного замыкания от максимума модуля нормированной производной напряжения для конкретной линии в данной сети определяют расстояние до места однофазного замыкания.
Недостатком указанного способа является зависимость производной напряжения не только от расстояния до места замыкания на землю, но и от текущего значения суммарной емкости сети, которая может изменяться в различных режимах ее работы, а также переходного сопротивления в месте повреждения.
0
m1
m2
Известен способ определения места повреждения по параметрам переходного процесса при однофазном замыкании на землю (Байбурин Э.Р. Метод оперативного определения места повреждения электрической сети напряжением 6(10)-35 кВ // Нефтегазовое дело, 2006. Электронный научный журнал. http://www.ogbus.ru/authors/Bayburin/ Bayburinl.pdf), основанный на измерении и регистрации параметров переходного процесса и вычислении расстояния до места повреждения по выражению  где L - погонная индуктивность линии, u - мгновенное значение напряжения на поврежденной фазе; i - мгновенное значение тока в поврежденной фазе линии с ОЗЗ в момент повреждения; I, I - следующие друг за другом амплитудные значения переходного тока; U - напряжение на нейтрали.
m1
m2
m1
m2
Недостатком способа является то, что приведенное расчетное выражение для определения расстояния до места повреждения получено в предположении, что переходный процесс при однофазном замыкании на землю носит одночастотный и колебательный характер. В реальных сетях ток переходного процесса содержит, как правило, две частотные составляющие - разрядную и зарядную, частотное разделение которых возможно не всегда, что не позволяет в общем случае определить отношение амплитуд I/I, и, следовательно, рассчитать расстояние до места повреждения. При дуговых неустойчивых замыканиях гашение заземляющей дуги возможно при первом же переходе через нулевое значение переходного тока (теория W. Petersen), что также не позволяет определить отношение I/I.
0
0
Известен СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА ПОВРЕЖДЕНИЯ ПРИ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЯХ НА ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА (Патент на изобретение РФ №2498330, МПК G01R 31/08, 2013 г.), заключающийся в регистрации формы кривых напряжения и тока в течение процесса отключения поврежденной фазы линии выключателями, выделении из зарегистрированной формы тока фазы линии момента прерывания аварийного тока, выделении из зарегистрированной формы фазного напряжения после момента прерывания тока свободной составляющей разряда короткозамкнутого участка линии, анализе спектральной характеристики указанной свободной составляющей, определении затухания огибающей свободной составляющей напряжения, выделении в спектральной составляющей частоты ƒ с наибольшей амплитудой напряжения, определении предварительного значения длины короткозамкнутого участка  с учетом погонных параметров линии для частоты ƒ по формуле, содержащей комплексные коэффициенты, зависящие от погонных параметров линии, в том числе от постоянной затухания короткозамкнутого контура.
Недостатком является то, что точность способа зависит от погрешностей первичных преобразователей и точности задания модели ЛЭП (удельных параметров линии). При расчете расстояния требуется определение значительного числа параметров ЛЭП.
0
0
0
0
0k
0
0k
п
з
Зk
Известен СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА ОДНОФАЗНОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ (Патент на изобретение РФ №2637378, МПК G01R 31/08, 2017 г.), принятый за прототип, заключающийся в одностороннем замере переходного напряжения u(t) на поврежденной фазе на шинах контролируемого объекта и переходного тока нулевой последовательности 3i(t) поврежденной линии, в котором регистрируют скорость изменения переходного тока d3i(t)/dt, фиксируют все моменты tk переходов тока 3i(t) через нулевое значение, где k - порядковый номер перехода тока через нулевое значение, при этом определяют и фиксируют соответствующие моментам времени t0k мгновенные значения напряжения на поврежденной фазе u(t), скорости изменения тока d3i(t)/dt, а затем по зафиксированным значениям напряжения на поврежденной фазе u(t), скорости изменения тока и справочному значению погонной индуктивности для поврежденной линии L определяют расстояние l до места однофазного замыкания на землю в соответствии с выражением , при этом при наличии нескольких переходов тока нулевой последовательности поврежденной линии через нулевое значение расстояние до места однофазного замыкания на землю определяют как среднее из нескольких значений l.
Недостатком указанного способа является наличие дополнительных погрешностей в определении места замыкания в связи с искажением формы кривой тока из-за насыщения или остаточной намагниченности магнитопровода трансформатора тока, используемого для регистрации переходного тока, а также из-за вычислительных погрешностей при расчете производной тока.
Технический результат заключается в повышении точности дистанционного определения места замыкания фазы на землю на ЛЭП, находящихся под рабочим напряжением.
0k
0
0k
з
0
0k
0k
Технический результат достигается тем, что в способе дистанционного определения места замыкания фазы на землю, в котором фиксируют моменты t переходов тока нулевой последовательности 3i(t) через нулевое значение, где k - порядковый номер перехода тока через нулевое значение, определяют поврежденную фазу, определяют соответствующие моментам времени % мгновенные значения напряжения на поврежденной фазе u(t), определяют расстояние l до места замыкания фазы на землю в соответствии с выражением  где d3i(t)/dt - производная тока нулевой последовательности, соответствующая моменту времени t,
п
L - погонная индуктивность поврежденной линии,
A
B
C
A
B
C
0
A
B
C
A
B
C
0k
0
0k
A
0k
B
0k
C
0k
при этом при наличии нескольких переходов тока нулевой последовательности поврежденной линии через нулевое значение расстояния до места однофазного замыкания на землю определяют как среднее из нескольких значений, каждую фазу линии оснащают цифровым трансформатором снабженный резистивным или резистивно-емкостным делителем напряжения, поясом Роговского и датчиком постоянного тока, фазные напряжения u(t), u(t), u(t) на шинах контролируемого объекта определяют при помощи резистивных или резистивно-емкостных делителей напряжения, фазные токи линии i(t), i(t), i(t) определяют при помощи датчиков постоянного тока, ток нулевой последовательности рассчитывают по сигналам датчиков постоянного тока путем сложения 3i(t)=i(t)+i(t)+i(t), а производные фазных токов линии di(t)/dt, di(t)/dt, di(t)/dt определяют при помощи поясов Роговского, производную тока нулевой последовательности, соответствующую моменту времени t, определяют путем сложения d3i(t)/dt=di(t)/dt+di(t)/dt+di(t)/dt.
На фиг. 1 приведена схема реализации способа дистанционного определения места замыкания фазы на землю.
На фиг. 1 использованы следующие обозначения: пояс Роговского 1, датчик постоянного тока 2, резистивный или резистивно-емкостный делитель напряжения 3, блок 4 обработки сигналов пояса Роговского, блок 5 обработки сигналов датчика постоянного тока, блок 6 обработки сигналов резистивного или резистивно-емкостного делителя напряжения, блок определения поврежденной фазы 7, блок вычисления тока нулевой последовательности 8, блок определения моментов перехода тока нулевой последовательности через ноль 9, блок вычисления производной тока нулевой последовательности 10, блок расчета места замыкания фазы на землю 11.
Сущность предлагаемого способа состоит в следующем.
Каждую фазу линии оснащают цифровым трансформатором, снабженный резистивным или резистивно-емкостным делителем напряжения 3, поясом Роговского 1 и датчиком постоянного тока 2.
A
B
С
Фазные напряжения u(t), u(t), u(t) на шинах контролируемого объекта определяют при помощи резистивных или резистивно-емкостных делителей напряжения 3. Резистивный или резистивно-емкостный делитель напряжения 3 выполняет масштабное преобразование напряжения без искажения формы в переходных режимах. Сигналы резистивного или резистивно-емкостного делителя напряжения 3 каждой фазы в блоке 6 проходят первичную обработку (нормирование, антиалайзинговая фильтрация и др.), аналого-цифровое преобразование обработанных сигналов и вторичную обработку.
A
B
С
Фазные токи линии i(t), i(t), i(t) определяют при помощи датчиков постоянного тока 2. Датчик постоянного тока 2 выполняет масштабное преобразование тока, однако, его сигнал пропорционален величине тока. В качестве датчика постоянного тока может быть использован безиндуктивный шунт, магнитотранзисторный преобразователь или другие преобразователи, не искажающие форму кривой тока в переходных режимах. Указанные преобразователи позволяют измерять не только постоянный, но и переменный ток, в том числе с апериодической составляющей. Токи короткого замыкания часто сопровождаются апериодическими составляющими, которые насыщают магнитопровод электромагнитных трансформаторов, что приводит к искажению формы тока. Кроме того, электромагнитные трансформаторы не точно преобразуют апериодическую составляющую, что приводит к неправильному определению момента пересечения нуля током по их сигналу. Использование магнитотранзисторного преобразователя или безиндуктивного шунта позволяет увеличить точность определения момента пересечения нуля током. Сигналы датчика постоянного тока 2 каждой фазы, в блоке 5 проходят первичную обработку (нормирование, антиалайзинговая фильтрация и др.), аналого-цифровое преобразование обработанных сигналов и вторичную обработку.
A
B
С
Производные фазных токов линии di(t)/dt, di(t)/dt, di(t)/dt определяют при помощи поясов Роговского 1. Пояс Роговского 1 выполняет масштабное преобразование измеряемого тока, при этом его выходной сигнал пропорционален производной тока:
где М - взаимная индуктивность, которая определяется по формуле:
0
-7
2
где μ=4π⋅10 Гн/м; S - площадь поперечного сечения сердечника, м; n - плотность витков. Пояс Роговского не искажает форму кривой тока (поскольку отсутствует магнитопровод) и имеет линейную амплитудно-частотную характеристику (коэффициент усиления линейно увеличивается с ростом частоты) в отличие от традиционных электромагнитных трансформаторов тока. Указанные выше факторы позволяют на основе физических законов определять производную тока нулевой последовательности при помощи пояса Роговского с более высокой точностью в переходных режимах по сравнению с вычислением производной математически, и использованием сигналов от электромагнитных трансформаторов тока. Сигналы пояса Роговского 1 каждой фазы в блоке 4 проходят первичную обработку (нормирование, антиалайзинговая фильтрация и др.), аналого-цифровое преобразование обработанных сигналов и вторичную обработку. Работа блоков 4, 5 и 6 цифрового трансформатора каждой фазы синхронизирована.
Определяют поврежденную фазу любым известным способом (например, на основе симметричных составляющих токов при замыкании фазы на землю) в блоке определения поврежденной фазы 7.
0
A
B
C
Ток нулевой последовательности рассчитывают по сигналам датчиков постоянного тока путем сложения 3i(t)=i(t)+i(t)+i(t) в блоке вычисления тока нулевой последовательности 8.
0k
0
Используя поученный сигнал, фиксируют моменты t переходов тока нулевой последовательности 3i(t) через нулевое значение в блоке определения моментов перехода тока нулевой последовательности через ноль 9.
0k
0
0k
A
0k
B
0k
C
0k
0k
0k
Определяют производную тока нулевой последовательности, соответствующую моменту времени t, путем сложения d3i(t t)/dt=di(t)/dt+di(t/dt+di(t)/dt и определяют соответствующие моментам времени t мгновенное значение напряжения на поврежденной фазе u(t) в блоке вычисления производной тока нулевой последовательности 10.
0k
0k
Используя справочное значение погонной индуктивности Lп, мгновенное значение напряжения на поврежденной фазе u(t) и производную тока нулевой последовательности в момент перехода тока через ноль t определяют расстояние до места замыкания в блоке расчета места замыкания фазы на землю 11 по формуле:
Если имеется несколько переходов тока нулевой последовательности поврежденной линии через нулевое значение, то расстояние до места замыкания определяют как среднее из нескольких значений
Таким образом, применение предлагаемого способа позволяет повысить точность дистанционного определения места замыкания фазы на землю на ЛЭП, находящихся под рабочим напряжением.