способ определения расстояния до места однофазного замыкания на землю в распределительных сетях

Формула изобретения

Способ определения расстояния до места однофазного замыкания на землю в распределительных сетях, заключающийся в том, что на основе регистрации напряжения на поврежденной фазе в начале линии и его анализа определяют расстояние до места замыкания, отличающийся тем, что в указанном анализе регистрируемого напряжения поврежденной фазы 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.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для определения расстояний до мест однофазных замыканий на землю в распределительных сетях радиальной структуры.

Известен способ определения расстояния до места однофазного замыкания на землю в распределительных сетях /l/, который основан на измерении времени между моментом посылки в линию зондирующего электрического импульса и моментом прихода в начало линии импульса, отраженного от места замыкания. Послав в линию импульс, измеряют интервал _p - время двойного пробега этого импульса до места замыкания. Расстояние до места замыкания находят как l_з= vt_p/2, где v - скорость распространения импульса по линии. Использование этого метода в автоматическом режиме (когда измерения проводятся на линиях, включенных под рабочее напряжение электрической сети) крайне затруднительно для радиальной сети, когда от питающих шин отходит много линий, поскольку в этом случае имеют место многократные отражения от неповрежденных линий, накладывающиеся на полезный сигнал и искажающие его. Сложность применения этого метода также заключается в том, что измерение напряжения должно производиться в период горения дуги замыкания, поскольку только в этом случае информация является значимой. Горение же дуги при дуговых замыканиях длится доли миллисекунд, что значительно затрудняет получение требуемой измерительной информации.

Кроме того, известен способ определения расстояния до места однофазного замыкания на землю в распределительных сетях /l/, взятый в качестве прототипа и применяемый на включенных в сеть линиях, который предполагает измерение времени между моментом (t_н) прихода к началу линии фронта волны высокого напряжения, возникающей в результате электрического пробоя в месте замыкания на расстоянии l_з от начала линии, и моментом вторичного прихода (t_к) фронта волны после двух отражений (в начале линии и месте замыкания). Интервал времени определяется как t=(t_к-t_н)=2l_з/v. Из последнего выражения определяется расстояние до места замыкания (аналогично первому рассмотренному методу) _з= tv/2. В данном методе так же, как и в вышеприведенном, существуют отраженные волны от концов неповрежденных линий, существенно осложняющие, а в сетях с большим количеством отходящих линий не позволяющие правильно производить измерения. Применительно к кабельным сетям распространяемый по линиям сигнал сильно искажается в силу неоднородностей, связанных с соединением линий разного типа и сечения и наличием по трассе соединительных муфт, что делает определение временного интервала t еще более затруднительным, а порой невозможным. Таким образом, аналогично первому по второму методу тоже сложно определять расстояние до места однофазного замыкания на землю в распределительных сетях для множества линий, находящихся под рабочим напряжением сети.

Анализ приведенного уровня техники свидетельствует о том, что задачей изобретения является создание более простого способа определения расстояния до места замыкания на землю, позволяющего применять его при не отключенном присоединении в радиальных распределительных сетях.

Это достигается тем, что в известном способе определения расстояния до места однофазного замыкания на землю в распределительных сетях, заключающемся в том, что на основе регистрации напряжения на поврежденной фазе в начале линии, проводится измерение интервала времени t между моментом прихода к началу линии фронта волны напряжения, возникающей в месте замыкания на расстоянии l_з от начала линии, и моментом вторичного прихода фронта волны после двух отражений, определяют по выражению l_з=tv/2 расстояние до места замыкания, отличающийся тем, что в регистрируемом напряжении поврежденной фазы 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.

На фиг. 1 приведена одна из возможных схем сети, в которой реализуется предлагаемый способ определения расстояния до места однофазного замыкания в распределительных сетях; на фиг. 2 и 3 - схемы замещения участка сети для определения частот собственных колебаний; на фиг.4 - напряжение на фазе после повторного пробоя изоляционного промежутка при однофазном дуговом замыкании на землю и его спектральный состав; на фиг.5 - зависимости частот собственных колебаний ₂ от расстояния до места замыкания для линий передачи различной протяженности.

Устройство (фиг.1) содержит схему сети, в которой к источнику питания - главному питающему пункту 1 (ГПП) через линии электропередачи 2, 3, 4, 5 подключены трансформаторные подстанции нагрузки 6, 7, 8, 9 (ТП).

Способ осуществляется следующим образом.

В процессе замыкания на землю на одной из отходящих линий 2, 3, 4, 5 (фиг. 1) на шинах питающего пункта 1 (фиг.1) регистрируют напряжение поврежденной фазы (выполняя, например, мониторинг перенапряжений /2, 3/) и выделяют присоединение с замыканием на землю любым из известных способов, реализуя, например, принцип раздельной фиксации полярностей первых полуволн высокочастотных токов нулевой последовательности /4/. Низшая частота собственных колебаний напряжения после пробоя изоляционного промежутка при однофазном замыкании определяется параметрами элементов схемы: индуктивностью источника питания (1), нагрузки (6-9), емкостными и индуктивными параметрами линий (2-5). Эта частота собственных колебаний f₁ приближенно может быть определена из схемы замещения фиг.2 как





где С_ф и С_фф - фазная и междуфазная суммарные емкости сети; L_и и L_н - индуктивности источника и нагрузки; l_з - относительное (отнесенное к длине поврежденного кабеля) расстояние от места регистрации напряжения (шин питающей подстанции) до места замыкания; L_э и L_п - соответственно эквивалентная индуктивность неповрежденных фаз линий поврежденной линии.

Из анализа выражения (2) видно, что вариация l_з не приводит к значительному изменению числителя: при увеличении первого сомножителя - второй уменьшается (и наоборот), что мало влияет на произведение. Кроме того, слагаемые L_пl_з и L_п(1-l_з), как правило, в несколько раз меньше суммы остальных слагаемых в сомножителях. Поэтому L и, следовательно, f₁ слабо зависят от расстояния до места замыкания.

Вторая более высокая частота (f₂) собственных колебаний напряжения, измеряемого на шинах источника, обусловлена разрядом собственной фазной емкости поврежденной фазы (см. фиг.3,а). После упрощения (преобразования схемы фиг. 3, а к одночастотному контуру - фиг.3,б, где частота f₂ может быть приближенно определена следующим образом:



где С_п - фазная емкость поврежденной линии; С_э, L_э"- эквивалентная фазная емкость и индуктивность неповрежденных линий. Зависимость второй собственной частоты от расстояния до места замыкания проявляется в большей степени, чем первой, особенно при подключении к шинам источника малого количества линий небольшой протяженности и значительной протяженности поврежденной линии. На величину частоты f₂ слабо влияют параметры источников и нагрузки; частотозадающими параметрами выступают как фазная индуктивность части кабеля от начала линии до места замыкания, так и емкость этой части кабеля (соответствующие коэффициенты в формуле (3) - L_пl_з и С_пl_з).

Наибольшее значение частоты собственных колебаний f₂ определяется суммарной емкостью С_э неповрежденных линий и эквивалентной индуктивностью L"_э (замыкание вблизи от шин источника), а наименьшее - самой длинной линией при замыкании на ее конце (и предположении равенства удельных параметров всех отходящих линий). Для каждой из линий существует свой диапазон частот собственных колебаний.

В интервале времени, соответствующем дуговому замыканию (доли, единицы миллисекунд), выделяют высшую частоту свободных колебаний f₂, соответствующую процессу разряда фазной емкости, используя, например, преобразование Фурье (типичная осциллограмма переходного процесса и ее спектральный состав приведен на фиг.4). На основе всех параметров сети - ее топологии, геометрических характеристик линий и их протяженности рассчитывают (с помощью численного, аналогового или любого другого моделирования) зависимости частот собственных колебаний от расстояния до места замыкания для каждой отходящей линии l_з,к = _к(f_2,к), где к - номер отходящей линии. Пример таких зависимостей для линий длиной 11000 м и 4000 м участка кабельной сети, состоящего из линий, помимо указанных, длиной 500 и 1000 м, приведен на фиг.5. Выделенную частоту f₂ проверяют на соответствие диапазону частот для поврежденной линии (для исключения влияния возможных ошибок и помех при измерениях) и по зависимостям l_з,к = _к(f_2,к) и частоте f₂ определяют расстояние до места замыкания.

Таким образом, определение расстояния до места однофазного замыкания на не отключенном от разветвленной радиальной сети присоединении осуществляется просто: сопоставлением частоты свободных колебаний с ранее рассчитанными зависимостями расстояний до места замыкания от частоты.

Список использованных источников

1. Измерение расстояний до мест повреждений на воздушных и кабельных линиях электропередачи и связи/ В.Л. Бакиновский, А.П. Осадчий, Н.И. Сосфенов, В.К. Спиридонов. - ЦНИЭЛ, 1954, вып.2.

2. Голдобин Д.А., Качесов В.Е., Ларионов В.Н., Овсянников А.Г. Мониторинг перенапряжений в распределительных кабельных сетях. /Научный вестник НГТУ, 2(5), - Новосибирск, НГТУ, 1999 г.

3. Кадомская К.П., Качесов В.Е., Лавров Ю.А., Овсянников А.Г., Сахно В. А. Диагностика и мониторинг кабельных сетей средних классов напряжения//Электротехника, 11, 2000.

4. В.Н. Майборода, В.К. Обабков. Внедрение устройств полного подавления дуговых замыканий на землю в сети СН 6 кВ Тюменской ТЭЦ-1 на основе резонансного заземления нейтрали./ Доклады научно-технической конференции "Режимы заземления нейтрали сетей 3-6-10-35 кВ". - Новосибирск: ГЦРО, 2000.