способ определения места однофазного замыкания на землю в разветвленной воздушной лэп с изолированной нейтралью

Формула изобретения

Способ определения места однофазного замыкания на землю в разветвленной воздушной ЛЭП с изолированной нейтралью, при котором фиксируют аварийный сигнал, содержащий гармонические составляющие различной частоты, который преобразуют с помощью преобразования Фурье в последовательность значений амплитуд напряжения и тока этих гармонических составляющих различных частот, по которым судят о результатах, отличающийся тем, что последовательно в месте разветвлений и под каждой ветвью воздушной ЛЭП в качестве аварийного сигнала измеряют напряженности электрического и магнитного полей, преобразуют их в пропорциональные им гармонические составляющие сигналов напряжения и тока, с помощью преобразования Фурье для каждой гармоники определяют амплитуды и фазовые углы гармонических составляющих сигналов напряжения и тока, из последовательности значений амплитуд гармонических составляющих сигналов напряжения и тока выделяют i-ю гармоническую составляющую с максимальными амплитудами гармонических составляющих сигналов напряжения и тока, сравнивая их с пропорциональными максимально допустимыми амплитудами, измеренными при нормальном режиме работы ЛЭП, и по превышению значений амплитуд гармонических составляющих сигналов напряжения и тока выделенной i-й гармоники, определяют ветвь с аварийным режимом, направление к месту замыкания на землю в ней определяют по знаку угла сдвига фаз между гармоническими составляющими сигналов напряжения и тока выделенной i-й гармоники, при этом для положительного знака угла сдвига фаз между гармоническими составляющими сигналов напряжения и тока соответствует направление поиска “направо”, а для отрицательного знака угла сдвига фаз между гармоническими составляющими сигналов напряжения и тока соответствует направление поиска “налево”, место замыкания на землю в этой ветви определяют по смене знака угла сдвига фаз между гармоническими составляющими сигналов напряжения и тока выделенной i-й гармоники, измеряя напряженности электрического и магнитного полей, перемещаясь под воздушной ЛЭП вдоль ветви с аварийным режимом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к техническому обслуживанию 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. А.С. СССР №1413562 МКИ4), при котором фиксируют аварийный сигнал, содержащий гармонические составляющие сигнала известной частоты f₀ и суммарной помехи, преобразуют аварийный сигнал в сигналы напряжения и тока, дополнительно формируют вспомогательные сигналы, с их помощью преобразуют сигналы напряжения и тока в усиленный преобразованный аварийный сигнал и с помощью преобразования Фурье получают последовательность значений амплитуд напряжений и токов этих гармонических составляющих, по которым судят о результатах.

В этом способе фиксируют аварийный сигнал контактным измерением напряжения и тока аварийного сигнала и суммарной помехи на подстанциях, при котором измерения производят на высоком напряжении, что приводит к стационарной, громоздкой, энергоемкой и дорогой аппаратуре, а отсутствие автоматического выбора оптимальной частоты гармонических составляющих сигнала снижает точность измерений.

Известен также способ определения места однофазного замыкания на землю в разветвленной воздушной ЛЭП с изолированной нейтралью (см. кн.: Кузнецов А.П. Определение мест повреждения на воздушных линиях электропередачи. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 94 с.: ил.), использованный в качестве прототипа, при котором фиксируют аварийный сигнал с помощью датчиков электрического и магнитного поля, содержащий гармонические составляющие сигнала. Из аварийного сигнала выделяют 11-ю гармонику, гармонические составляющие сигналы напряжения и тока усиливают и подают на фазосравнивающую схему, в зависимости от того находятся в противофазе или совпадают сигналы тока и напряжения стрелка миллиамперметра, с нулем в середине шкалы, отклоняется в направлении к месту замыкания на землю.

В этом способе фиксируют аварийный сигнал бесконтактным измерением гармонических составляющих сигналов напряжения и тока аварийного сигнала мобильным методом, т.е. перемещаясь под воздушной ЛЭП вдоль ее ветвей.

Основным недостатком данного способа является отсутствие возможности автоматического выбора оптимальной частоты гармонических составляющих сигнала. Анализ возможен только на частотах, для которых имеются фильтры. Аналоговые методы обработки гармонических составляющих сигнала приводят к сложной и энергоемкой аппаратуре, что приводит к увеличению времени отыскания места повреждения, а также к сложности эксплуатации измерительного оборудования из-за большего количества органов управления и настройки.

Перед авторами была поставлена задача: создать мобильный, быстродействующий способ определения места однофазного замыкания на землю в разветвленной воздушной ЛЭП с изолированной нейтралью, в котором фиксируют аварийный сигнал бесконтактным измерением гармонических составляющих сигналов напряжения и тока, перемещаясь под воздушной ЛЭП вдоль ее ветвей, а также обеспечить, за счет введения автоматического выбора оптимальной частоты гармонических составляющих сигнала, высокую точность и удобство измерений путем использования цифровых методов анализа гармонических составляющих сигнала.

Целью изобретения является повышение скорости, точности и удобства определения места однофазного замыкания на землю в разветвленной воздушной ЛЭП с изолированной нейтралью.

Поставленная цель достигается тем, что способ определения места однофазного замыкания на землю в разветвленной воздушной ЛЭП с изолированной нейтралью, при котором фиксируют аварийный сигнал, содержащий гармонические составляющие, с помощью преобразования Фурье из аварийного сигнала получают последовательность значений амплитуд и фаз гармонических составляющих сигналов напряжения и тока, по которым судят о результатах,

новизна в том, что

последовательно в месте разветвлений и под каждой ветвью воздушной ЛЭП в качестве аварийного сигнала измеряют напряженности электрического и магнитного полей, преобразуют их в пропорциональные им гармонические составляющие сигналов напряжения и тока, с помощью преобразования Фурье для каждой гармоники определяют амплитуды и фазовые углы гармонических составляющих сигналов напряжения и тока, из последовательности значений амплитуд гармонических составляющих сигналов напряжения и тока выделяют i гармоническую составляющую с максимальными амплитудами гармонических составляющих сигналов напряжения и тока, сравнивая их с пропорциональными максимально допустимыми амплитудами, измеренными при нормальном режиме работы ЛЭП, и по превышению значений амплитуд гармонических составляющих сигналов напряжения и тока выделенной i гармоники определяют ветвь с аварийным режимом, направление к месту замыкания на землю в ней определяют по знаку угла сдвига фаз между гармоническими составляющими сигналов напряжения и тока выделенной i гармоники, при этом для положительного знака угла сдвига фаз между гармоническими составляющими сигналов напряжения и тока соответствует направление поиска “направо”, а для отрицательного знака угла сдвига фаз между гармоническими составляющими сигналов напряжения и тока соответствует направление поиска “налево”, а место замыкания на землю в этой ветви определяют по смене знака угла сдвига фаз между гармоническими составляющими сигналов напряжения и тока выделенной i гармоники, измеряя напряженности электрического и магнитного полей, перемещаясь под воздушной ЛЭП вдоль ветви с аварийным режимом.

Сущность изобретения поясняется следующим.

Для определения направления к месту замыкания на землю фиксируют аварийный сигнал, содержащий гармонические составляющие, последовательно в месте разветвлений и под каждой ветвью воздушной ЛЭП. В качестве аварийного сигнала измеряют напряженности электрического и магнитного полей, которые преобразуют таким образом, чтобы обеспечить автоматический выбор i-й частоты с максимальными амплитудами гармонических составляющих сигналов напряжения и тока. Сравнивают параметры выделенной i-й гармоники с максимальными амплитудами гармонических составляющих сигналов напряжений и токов с пропорциональными максимально допустимыми амплитудами гармонических составляющих сигналов напряжения и тока в нормальном режиме ЛЭП, и по превышению значений амплитуд гармонических составляющих сигналов напряжений и токов выделенной i гармоники определяют ветвь с аварийным режимом, направление к месту замыкания на землю в ней определяют по знаку угла сдвига фаз между гармоническими составляющими сигналов напряжения и тока выделенной i гармоники, при этом для положительного знака угла сдвига фаз между гармоническими составляющими сигналов напряжения и тока соответствует направление поиска “направо”, а для отрицательного знака угла сдвига фаз между гармоническими составляющими сигналов напряжения и тока соответствует направление поиска “налево”, место замыкания на землю в этой ветви определяют по смене знака угла сдвига фаз между гармоническими составляющими сигналов напряжения и тока выделенной i гармоники.

Максимально допустимые амплитуды гармонических составляющих сигналов напряжения и тока определяют в нормальном режиме работы воздушной ЛЭП, измеряя напряженности электрического и магнитного полей и преобразуя их в пропорциональные им гармонические составляющие сигналов напряжения и тока с помощью датчиков магнитного и электрического поля.

После выполнения преобразования Фурье получают и запоминают ряды значений амплитуд и фаз гармонических составляющих сигналов напряжения и тока для ряда гармоник. Для нахождения номера оптимальной гармоники с максимальными амплитудами гармонических составляющих сигналов напряжения и тока векторно складывают ряд амплитуд гармонических составляющих сигналов напряжения с рядом амплитуд гармонических составляющих сигналов тока. В полученном ряду значений находят максимальное и соответствующий ему номер гармоники. Для этого номера гармоники запоминают амплитуду и фазу гармонических составляющих сигналов напряжения и тока в аварийном режиме. Если полученное значение i-й гармонической составляющей с максимальными амплитудами гармонических составляющих сигналов напряжения и тока в аварийном режиме превышает пропорциональные максимально допустимые амплитуды гармонических составляющих сигналов напряжения и тока в нормальном режиме, то это свидетельствует о замыкании на землю на данной отходящей воздушной ЛЭП.

Если на данной отходящей воздушной ЛЭП обнаружено замыкание на землю, то по номеру гармоники, соответствующей i-й гармонической составляющей сигнала с максимальными амплитудами гармонических составляющих сигналов напряжения и тока в аварийном режиме, выделяют фазовый угол гармонической составляющей сигнала напряжения и фазовый угол гармонической составляющей сигнала тока из рядов значений фазовых углов гармонических составляющих сигналов напряжения и тока. Направление к месту замыкания определяют по знаку угла сдвига фаз между гармоническими составляющими сигналов напряжения и тока для запомненного номера гармоники в аварийном режиме.

По полученным экспериментальным данным для положительного знака угла сдвига фаз между гармоническими составляющими сигналов напряжения и тока соответствует направление поиска “направо”, а для отрицательного знака угла сдвига фаз между гармоническими составляющими сигналов напряжения и тока соответствует направление поиска “налево”.

В процессе патентно-информационных исследований в области электроизмерительной техники, предназначенных для технического обслуживания ЛЭП, идентичных решений не обнаружено.

Способ осуществляют следующим образом.

В нормальном режиме работы ЛЭП измеряют и фиксируют напряженности электрического и магнитного полей. Измерения проводят на безопасном расстоянии, равном 8-10 м от проекции оси ЛЭП на землю.

Зафиксированные сигналы преобразуют в пропорциональные им гармонические составляющие сигналов напряжений и токов. С помощью преобразования Фурье гармонические составляющие сигналов напряжения и тока преобразуют в последовательность значений амплитуд и фазовых углов гармонических составляющих сигналов напряжения и тока, из которой выделяют i гармоническую составляющую с максимальными амплитудами гармонических составляющих сигналов напряжения и тока. Значение максимально допустимых амплитуд гармонических составляющих сигналов напряжения и тока, соответствующих напряженностям электрического и магнитного полей в нормальном режиме, принимают эталонными и фиксируют.

После получения информации о наличии однофазного замыкания на землю с подстанции 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 ВЛЭП, а затем в местах разветвлений измеряют и фиксируют напряженности электрического и магнитного полей. Измерения проводят на безопасном расстоянии, равном 8-10 м от линии проекции оси ЛЭП на землю.

Зафиксированные напряженности аварийного сигнала преобразуют в пропорциональные им гармонические составляющие сигналов напряжения и тока с помощью датчиков магнитного и электрического поля. С помощью преобразования Фурье гармонические составляющие сигналов напряжения и тока преобразуют в последовательность значений амплитуд и фазовых углов гармонических составляющих сигналов напряжения и тока, из которой выделяют i-ю гармоническую составляющую с максимальными амплитудами гармонических составляющих сигналов напряжения и тока. Сравнивают i-ю гармоническую составляющую с максимальными амплитудами гармонических составляющих сигналов напряжения и тока в аварийном режиме с пропорциональными максимально допустимыми амплитудами, измеренными при нормальном режиме работы ЛЭП.

О замыкании на землю на данной отходящей ветви ЛЭП свидетельствует превышение максимально допустимых амплитуд гармонических составляющих сигналов напряжения и тока, измеренных в нормальном режиме работы ЛЭП. Далее по номеру гармоники, соответствующей i-й гармонической составляющей сигнала с максимальными амплитудами гармонических составляющих сигналов напряжения и тока в аварийном режиме, выделяют фазовый угол гармонической составляющей сигнала напряжения и фазовый угол гармонической составляющей сигнала тока из рядов значений фазовых углов гармонических составляющих сигналов напряжений и фазовых углов гармонических составляющих сигналов тока. Направление на место замыкания определяют по знаку угла сдвига фаз между гармоническими составляющими сигналов напряжения и тока, при этом для положительного знака угла сдвига фаз между гармоническими составляющими сигналов напряжения и тока соответствуют направление поиска “направо”, а для отрицательного знака угла сдвига фаз между гармоническими составляющими сигналов напряжения и тока соответствует направление поиска “налево”.

При известной поврежденной ветви ЛЭП, например по показаниям приборов, установленных на питающей подстанции, поиск места замыкания на землю можно начинать с поврежденной ветви. Бригада на дежурной машине движется к любому месту разветвления ветви с аварийным сигналом, где производятся измерения напряженности электрического и магнитного поля. В качестве датчиков магнитного поля можно использовать катушку индуктивности с разомкнутым магнитным сердечником, а в качестве датчика электрического поля нулевой последовательности - телескопическую антенну или металлическую пластинку. 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.

На чертеже представлена разветвленная воздушная ЛЭП с изолированной нейтралью, отходящая от трансформаторной подстанции.

В точках 1, 2, 3, 4, 5 проводили измерения аварийного сигнала через равные промежутки времени в течение 20 мс. В результате были получены 32 точки сигнала. Полученный сигнал был разложен в спектр амплитуд и фазовых углов гармонических составляющих сигналов напряжения и тока. Полученный спектр содержит 16 точек.

Для нахождения оптимальной гармоники с максимальными амплитудами гармонических составляющих сигналов напряжений и тока векторно складывают ряд амплитуд гармонических составляющих сигналов напряжения с рядом амплитуд гармонических составляющих сигналов тока. В полученном ряду значений находят максимальное значение и соответствующий ему номер гармоники. Для этого номера гармоники находят угол сдвига фаз между гармоническими составляющими сигналов напряжения и тока. Направление к месту замыкания определяют по знаку угла сдвига фаз между гармоническими составляющими сигналами напряжения и тока, т.е. для положительного знака угла сдвига фаз между гармоническими составляющими сигналов напряжения и тока соответствует направление поиска "направо", а для отрицательного знака угла сдвига фаз между гармоническими составляющими сигналов напряжения и тока соответствует направление поиска "налево".

Полученные данные измерений и расчетов сведены в таблицы 1-6.

Предлагаемый способ определения места однофазного замыкания на землю в разветвленной воздушной ЛЭП с изолированной нейтралью позволяет за короткий период времени, с высокой точностью и удобством в сравнении с известными ранее способами определения места однофазного замыкания на землю в разветвленной воздушной ЛЭП с изолированной нейтралью определить место однофазного замыкания.

В сравнении с известными ранее способами определения места однофазного замыкания на землю в разветвленной воздушной ЛЭП с изолированной нейтралью предлагаемый способ позволяет проводить поиск и определять место однофазного замыкания из любой точки, разветвленной воздушной ЛЭП с изолированной нейтралью.

Таблица 2 Данные для определения направления поиска по точке №1
Преобразование Фурье							Векторная сумма амплитуд сигналов напряжения и тока	Угол сдвига фаз между сигналами напряжения и тока	Направление поиска
Точка спектра	№ гармоники	Частота	Амплитуда сигнала напряжения	Фаза сигнала напряжения	Амплитуда сигнала тока	Фаза сигнала тока
		Гц	мВ	градус	мВ	градус	мВ	градус
1	1	50	1	121	1	65	1,41
2	2	100	0	0	1	328	1
3	3	150	0	0	3	58	3
4	4	200	1	263	3	183	3,16
5	5	250	0	0	10	186	10
6	6	300	1	125	5	58	5,10
7	7	350	1	326	5	281	5,10
8	8	400	1	280	3	295	3,16
9	9	450	1	267	4	234	4,12
10	10	500	0	0	2	228	2
11	11	550	10	238	13	172	16,40	65	Вправо
12	12	600	2	27	2	253	2,83
13	13	650	6	14	7	259	9,22
14	14	700	3	239	3	108	4,24
15	15	750	0	0	0	0	0
16	16	800	3	180	0	0	3

Таблица 3 Данные для определения направления поиска по точке №2
Преобразование Фурье							Векторная сумма амплитуд сигналов напряжения и тока	Угол сдвига фаз между сигналами напряжения и тока	Направление поиска
Точка спектра	№ гармоники	Частота	Амплитуда сигнала напряжения	Фаза сигнала напряжения	Амплитуда сигнала тока	Фаза сигнала тока
		Гц	мВ	градус	мВ	градус	мВ	градус
1	1	50	1	329	1	0	1,41
2	2	100	0	0	0	0	0
3	3	150	6	359	2	229	6,32
4	4	200	1	266	0	0	1
5	5	250	9	264	5	182	10,30
6	6	300	1	339	0	0	1
7	7	350	6	7	4	262	7,21
8	8	400	1	0	0	0	1
9	9	450	1	350	1	189	1,41
10	10	500	0	0	2	336	2
11	11	550	11	98	25	359	27,31	-261	Влево
12	12	600	0	0	2	226	2
13	13	650	6	304	15	206	16,16
14	14	700	0	0	0	0	0
15	15	750	3	46	7	347	7,62
16	16	800	0	0	0	0	0

Таблица 4 Данные для определения направления поиска по точке №3
Преобразование Фурье							Векторная сумма амплитуд сигналов напряжения и тока	Угол сдвига фаз между сигналами напряжения и тока	Направление поиска
Точка спектра	№ гармоники	Частота	Амплитуда сигнала напряжения	Фаза сигнала напряжения	Амплитуда сигнала тока	Фаза сигнала тока
		Гц	мВ	градус	мВ	градус	мВ	градус
1	1	50	0	0	0	0	0
2	2	100	0	0	1	304	1
3	3	150	4	182	1	340	4,12
4	4	200	3	284	0	0	3
5	5	250	4	170	6	44	7,21
6	6	300	1	352	0	0	1
7	7	350	3	10	3	279	4,24
8	8	400	3	356	0	0	3
9	9	450	0	0	0	0	0
10	10	500	1	25	3	257	3,16
11	11	550	10	350	47	236	48,05	115	Вправо
12	12	600	1	198	2	21	2,24
13	13	650	4	298	20	202	20,40
14	14	700	0	0	3	349	3
15	15	750	2	142	5	61	5,39
16	16	800	1	180	1	146	1,41

Таблица 5 Данные для определения направления поиска по точке №4
Преобразование Фурье							Векторная сумма амплитуд сигналов напряжения и тока	Угол сдвига фаз между сигналами напряжения и тока	Направление поиска
Точка спектра	№ гармоники	Частота	Амплитуда сигнала напряжения	Фаза сигнала напряжения	Амплитуда сигнала тока	Фаза сигнала тока
		Гц	мВ	градус	MB	градус	мВ	градус
1	1	50	0	0	0	0	0
2	2	100	0	0	0	0	0
3	3	150	4	295	1	192	4,12
4	4	200	2	271	5	259	5,39
5	5	250	4	159	6	9	7,21
6	6	300	2	350	2	238	2,83
7	7	350	2	267	4	140	4,47
8	8	400	4	4	1	179	4,12
9	9	450	2	27	3	136	3,61
10	10	500	0	0	1	6	1
11	11	550	7	273	32	158	32,76	114,609375	Вправо
12	12	600	1	114	4	329	4,12
13	13	650	5	91	19	354	19,65
14	14	700	0	0	0	0	0
15	15	750	2	65	13	360	13,15
16	16	800	1	180	2	146	2,24

Таблица 6 Данные для определения направления поиска по точке №5
Преобразование Фурье							Векторная сумма амплитуд сигналов напряжения и тока	Угол сдвига фаз между сигналами напряжения и тока	Направление поиска
Точка спектра	№ гармоники	Частота	Амплитуда сигнала напряжения	Фаза сигнала напряжения	Амплитуда сигнала тока	Фаза сигнала тока
		Гц	мВ	градус	мВ	градус	мВ	градус
1	1	50	0	0	0	0	0
2	2	100	0	0	0	0	0
3	3	150	1	322	0	0	1
4	4	200	4	277	0	0	4
5	5	250	3	239	4	169	5
6	6	300	0	0	0	0	0
7	7	350	3	339	2	193	3,61
8	8	400	3	7	1	305	3,16
9	9	450	1	330	1	307	1,41
10	10	500	2	38	2	298	2,83
11	11	550	7	24	5	278	8,60	-254	Влево
12	12	600	0	0	0	0	0
13	13	650	2	195	2	88	2,83
14	14	700	0	0	0	0	0
15	15	750	0	0	0	0	0
16	16	800	0	0	0	0	0