способ определения места однофазного замыкания на землю с использованием модели линий электропередачи в аварийном режиме

Формула изобретения

1. Способ определения места однофазного замыкания на землю линии электропередачи с использованием ее модели, отличающийся тем, что в качестве модели составляют для сети с изолированной нейтралью схему замещения, по которой производят для всех линий расчет параметров переходных процессов, задавая расстояние до места повреждения по всей длине линии с шагом 10 м и для различных переходных сопротивлений в месте повреждения с шагом 10 Ом, запоминают в базу данных на ЭВМ рассчитанные таким образом собственные частоты переходного процесса, а при возникновении повреждения на подстанции фиксируют поврежденную линию и фактическую собственную частоту переходного процесса, сравнивают с расчетными параметрами, записанными в базе данных, и определяют расстояние до места повреждения с точностью, определяемой шагом задания расстояния до места повреждения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что производят повторный расчет собственных частот переходного процесса в определенном интервале расстояния, но с меньшим шагом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при эксплуатации трехфазных электрических сетей с изолированной или компенсированной нейтралью для оперативного определения места повреждения до выезда на место.

Известен способ определения места однофазного повреждения линии электропередачи с использованием ее моделей путем одностороннего измерения напряжений и токов доаварийного и аварийного режимов, согласно которому подают напряжения доаварийного режима на входы модели линии электропередачи с подключенной к ней моделью ненаблюдаемой системы, состоящей из сопротивлений прямой и нулевой последовательностей и источников напряжения, уравновешивают модель линии по токам доаварийного режима путем подбора источников напряжения модели ненаблюдаемой системы, затем подают на входы модели линии напряжения аварийного режима, подключают в месте предполагаемого повреждения к каждой фазе модели комплексные сопротивления нагрузок и уравновешивают модель по токам путем подбора указанных сопротивлений, определяют поврежденную фазу и координату вероятного повреждения, в которой сопротивление нагрузки поврежденной фазы представляет собой резистор (авторское свидетельство СССР N1288810, кл. Н02Н 3/38). Недостатком этого способа является низкая точность определения места повреждения и сложный алгоритм проведения моделирования.

Наиболее близким является способ определения места однофазного повреждения линии электропередачи с использованием ее моделей (патент РФ №2085959, G01R 31/11), при котором выполняют односторонние измерения напряжений и токов линии электропередачи в доаварийном и аварийном режимах, затем напряжения доаварийного режима подают на входы модели доаварийного режима линии электропередачи с подключенной к ней моделью ненаблюдаемой системы, состоящей из сопротивлений прямой последовательности, нулевой последовательности и источников напряжения, после уравновешивают модель линии по токам путем подбора источников напряжения модели ненаблюдаемой системы, затем подают на входы модели аварийного режима для подключенной к ней модели ненаблюдаемой системы с источниками напряжения и сопротивлениями ненаблюдаемой системы из модели доаварийного режима линии для напряжения аварийного режима, выбирают место предполагаемого повреждения, подключают в месте предполагаемого повреждения к каждой фазе модели комплексные сопротивления нагрузок и уравновешивают модель по токам путем подбора этих сопротивлений, причем в процессе уравновешивания определяют координату места вероятного однофазного замыкания линии и поврежденную фазу путем варьирования места подключения комплексных сопротивлений нагрузок по всей длине линии и выявления сопротивления нагрузки в виде резистора, отличающийся тем, что дополнительно определяют ток в резисторе поврежденной фазы, в модель линии для аварийных слагающих вместо резистора включают источник этого определенного тока, определяют аварийные слагающие измеренных напряжений и токов, исключают источники напряжения из модели ненаблюдаемой системы из модели аварийного режима, подают на входы модели линии для аварийных слагающих аварийные слагающие измеренных напряжений, уравновешивают эту модель по токам путем подбора сопротивлений каждой фазы ненаблюдаемой системы, затем выравнивают мнимые части сопротивления прямой последовательности ненаблюдаемой системы, сохраняя их сумму неизменной, а активные части сопротивлений прямой и нулевой последовательности обнуляют, затем в той же последовательности с вновь определенными сопротивлениями определяют новую координату места вероятного замыкания линии, определяют разность новой и предыдущей координат, сравнивают абсолютное значение разности с уставкой и, если оно меньше уставки, определяют место однофазного замыкания линии электропередачи по новой координате, а если значение этой разности больше уставки, то продолжают определение места повреждения в той же последовательности.

Способ-прототип обладает рядом недостатков, одним из которых является сложность и длительность процесса. Построение модели начинается в момент обнаружения повреждения, без какой бы то ни было предварительной подготовки. Процесс определения координаты места вероятного повреждения многоэтапный. Сначала идет неточное определение, потом методом последовательных приближений за счет уточнения (коррекции) пассивных параметров приемной системы пытаются определить точную координату места повреждения. Такой длительный процесс исключает возможность оперативного устранения повреждения без отключения потребителей. Кроме того, способ-прототип не дает приемлемой точности определения места повреждения. Действительно, даже неизбежная незначительная погрешность определения координаты на каждом этапе может дать в итоге значительную суммарную погрешность.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является устранение указанных недостатков, а именно повышение точности и оперативности процесса определения места повреждения.

Поставленная задача решается способом определения места однофазного замыкания на землю линии электропередачи с использованием ее модели, в котором в отличие от прототипа в качестве модели составляют для сети с изолированной нейтралью схему замещения, по которой производят для всех линий расчет параметров переходных процессов при однофазном замыкании на землю, задавая расстояние до места повреждения по всей длине линии с шагом 10 метров и для различных переходных сопротивлений в месте повреждения также с шагом 10 Ом, запоминают в базу данных на ЭВМ рассчитанные таким образом собственные частоты переходного процесса, а при возникновении повреждения на подстанции фиксируют поврежденную линию и фактическую собственную частоту переходного процесса, сравнивают с расчетными параметрами, записанными в базе данных и определяют расстояние до места повреждения с точностью, определяемой шагом задания расстояния до места повреждения.

Поставленная задача решается также тем, что с целью более точного определения места повреждения производят повторный расчет собственных частот переходного процесса в определенном интервале расстояния, но с меньшим шагом, например 1 м.

На фиг.1 изображена сеть с изолированной нейтралью; на фиг.2 изображена сеть с повреждением на одной из линий; на фиг.3 - схема замещения сети; на фиг.4 - график расчетной зависимости тока переходного процесса от времени; на фиг.5 - график фактической зависимости тока переходного процесса от времени; на фиг.6 - частотная характеристика - расположение корней на оси частоты.

На схеме замещения сети (фиг.3) каждая из неповрежденных фаз В и С всех линий представлена в виде П-образной схемы замещения, элементы которой эквивалентное активное сопротивление (R _Э), эквивалентная индуктивность (L_Э ), эквивалентная емкость (С_Э) находятся путем объединения по правилам параллельного сложения элементов соответствующих фаз всех линий сети. Аналогично поврежденная фаза (фаза А) всех неповрежденных линий представлена в виде эквивалентной П-образной схемы замещения с элементами R_НЛ , L_НЛ, С_НЛ. Поврежденная фаза поврежденной линии представлена двумя П-образными схемами замещения: от подстанции до места повреждения с элементами R _K, L_K, С_К и от места повреждения до конца линии с элементами R _B, L_B, С_В,

где R_B=R_Л-R _K; L_В=L_Л-L _K; С_В=С_Л-С _К;

где R_Л, L _Л, С_Л - активное сопротивление, индуктивность и емкость соответственно поврежденной линии.

Силовой трансформатор представлен ЭДС:

е_А=Е _mSin( t+0°);

е_В=E _mSin( t-120°);

e_C=E _mSin( t+120°),

а также активными сопротивлениями R _T и индуктивностями L_T.

Ключ Q имитирует замыкание на землю в точке К.

Для расчета переходного процесса в схеме (фиг.3) применим операторный метод.

Обозначим все независимые замкнутые контуры (двойной индексацией) и узлы (одинарной индексацией) в схеме замещения (фиг.3).

Для расчета начальных условий составляем матрицу параметров схемы при разомкнутом ключе Q в следующем виде

где Z_ii - собственное сопротивление i-го контура (где i - изменяется от 1 до N - числа независимых контуров);

Z_ij - взаимное сопротивление i-го и j-го контуров;

e_ii - собственная ЭДС i-го контура.

Ток в i-м контуре определяется по выражению А.

где - определитель матрицы параметров схемы без столбца ЭДС;

_i - определитель матрицы параметров схемы без i-го столбца, умноженный на (-1)ⁱ .

По аналогии с матрицей (1) матрица параметров схемы замещения при замыкании ключа Q будет иметь вид

где Z_ii(p) - собственное сопротивление i-го контура (где i - изменяется от 1 до М - числа независимых контуров в операторной схеме замещения; p - оператор Лапласа, который вводится для расчета переходных процессов по операторному методу или методу, основанному на преобразованиях Лапласа.

Размерность матрицы (3) на единицу больше размерности матрицы (1)

Ток в i-м контуре определяется по выражению

Ток в поврежденной фазе в начале линии равен, применительно к фиг.3, контурному току I₈₈, при условии, что контур 33 внешний.

Операторное изображение i_л (p) тока в линии будет иметь вид рациональной дроби

Оригинал i_Л(t) этой дроби определяется по теореме разложения

где p_k - корни уравнения В'(p)=0.

Известно, что на оси частоты нули и полюсы функции чередуются. Число нулей равно числу корней числителя уравнения (7), а число полюсов - числу корней знаменателя уравнения (7) [Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. - М.: Высш. шк., 1996. - 638 с.: ил.].

Число полюсов равно числу независимых контуров в схеме замещения, а число нулей на единицу меньше.

Для схемы (фиг.3) имеем восемь независимых контуров. Размещение полюсов и нулей для случая повреждения в середине линии показано на (фиг.6). Номер узла (фиг.6) соответствует номеру контура на (фиг.3), а номер нуля соответствует номеру узла.

Известно, что корни характеристического уравнения являются собственными частотами цепи. При изменении места повреждения изменятся собственные сопротивления, а следовательно, и собственные частоты двух контуров. При этом изменятся места расположения двух полюсов - 55 и 66. Это означает, что каждой точке повреждения соответствует определенное значение полюсов 66 и 77. И наоборот, каждой паре полюсов 66 и 77 соответствует определенное место повреждения.

При возникновении повреждения на подстанции с помощью стандартной контрольно-измерительной аппаратуры фиксируем поврежденную линию, измеряем собственную частоту переходного процесса (время его затухания, если процесс не колебательный) и сравниваем фактическую собственную частоту переходного процесса (см фиг.5) с расчетными параметрами, записанными в базе данных, и определяют расстояние до места повреждения с точностью, определяемой шагом задания расстояния до места повреждения.

Таким образом, с точностью до 10 м мы быстро определяем место повреждения. Если ЛЭП проходит по равнинной местности, то этой точности вполне достаточно для выявления ремонтной бригадой точки повреждения. Если же поврежденный участок находится в труднодоступном месте с затрудненным визуальным осмотром, необходимо более точное определение места повреждения. Тогда производят аналогичный расчет с более мелким шагом, например 1 м, в уже определенном интервале расстояния до места повреждения. Данное уточнение, как и все предыдущие расчеты, выполняются компьютером за считанные секунды по разработанной авторами программе, которая в настоящее время находится на регистрации.

Заявляемый способ точен и оперативен, что достигается за счет того, что заранее, до возникновения повреждения, рассчитывается и запоминается база данных для всех линий данной ЛЭП и при возникновении повреждения требуется только зафиксировать параметры переходного процесса и сравнить с имеющимися параметрами базы данных.