способ определения расстояния до места однофазного дугового замыкания в радиальных распределительных сетях

Формула изобретения

Способ определения расстояния до места однофазного замыкания в радиальных распределительных сетях, заключающийся в том, что напряжение поврежденной фазы регистрируют на шинах источника питания в начальный момент замыкания, аппроксимируют полиномом второй степени, определяют абсолютное максимальное значение производной в начале участка аппроксимации, нормируют по отношению к напряжению пробоя и по расчетной зависимости расстояния до места замыкания от максимума нормированной производной напряжения для конкретной линии в данной сети определяют приближенное расстояние L _зп до места замыкания, отличающийся тем, что одновременно с напряжением поврежденной фазы регистрируют в поврежденном присоединении переходный ток нулевой последовательности, подавляют в нем высшие частоты, превышающие частоту среза на обработанной кривой тока нулевой последовательности определяют первый максимум, соответствующий ему момент времени t₁ и временной отрезок

где

L - длина линии, - скорость электромагнитной волны в линии,

на котором определяют второй максимум того же знака и его время t₂ , уточненное расстояние до места замыкания рассчитывают по выражению

Описание изобретения к патенту

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

Известен способ определения расстояния до места однофазного замыкания в радиальных распределительных сетях [1], 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 t_p - время двойного пробега этого импульса до места замыкания. Расстояние до места замыкания находят как L₃= t_p/2, где - скорость распространения электромагнитного импульса по линии.

Использование этого способа в автоматическом режиме, когда измерения проводятся на линиях, включенных под рабочее напряжение электрической сети крайне затруднительно для радиальной сети, поскольку в этом случае имеют место многократные отражения от неповрежденных линий, накладывающиеся на полезный сигнал и искажающие его. Сложность применения этого способа также заключается в том, что измерение напряжения должно проводиться в период горения дуги замыкания, только в этом случае информация является значимой. Горение же дуги при дуговых замыканиях длится несколько миллисекунд, что затрудняет получение требуемой измерительной информации.

Отмеченные сложности интерпретации и анализа измерительных осциллограмм могут приводить к результатам измерений, существенно далеким от истинных.

Кроме того, известен способ определения расстояния до места однофазного замыкания в радиальных распределительных сетях [2], взятый в качестве прототипа и применяемый на включенных в сеть линиях. В данном способе напряжение поврежденной фазы регистрируют на шинах источника питания в начальный момент замыкания. аппроксимируют полиномом второй степени, определяют абсолютное максимальное значение производной в начале участка аппроксимации, нормируют по отношению к напряжению пробоя и по расчетной зависимости расстояния до места замыкания от максимума нормированной производной напряжения для конкретной линии в данной сети определяют приближенное расстояние L_зп до места замыкания.

Недостатком способа является низкая точность определения расстояния L ₃ при удаленных от источника питания замыканиях, что обусловлено малой скоростью (крутизной) изменения производной фазного напряжения .

Анализ приведенного уровня техники свидетельствует о том, что задачей изобретения является создание более точного способа определения расстояния до места замыкания при неотключенном присоединении в радиальных распределительных сетях.

Это достигается тем, что в известном способе определения расстояния до места однофазного замыкания, основанном на регистрации напряжения на поврежденной фазе в начале линии, измеряемое напряжение в начальный момент замыкания аппроксимируют полиномом второй степени, определяют абсолютное максимальное значение производной в начале участка аппроксимации, нормируют по отношению к напряжению пробоя и по расчетной зависимости расстояния до места замыкания от максимума нормированной производной напряжения для конкретной линии в данной сети определяют приближенное расстояние до места замыкания L _зп. Одновременно с напряжением поврежденной фазы регистрируют в поврежденном присоединении переходный ток нулевой последовательности, подавляют в нем высшие частоты, превышающие частоту среза . На обработанной кривой тока нулевой последовательности определяют первый максимум, соответствующий ему момент времени t₁, и временной отрезок где L - длина линии, на котором определяют второй максимум того же знака и его время t₂, уточненное расстояние до места замыкания рассчитывают по выражению

На фиг.1 приведен пример радиальной сети, в которой реализуется предлагаемый способ; на фиг.2 - расчетная осциллограмма напряжения в месте регистрации при точном моделировании переходного процесса замыкания в сети и аппроксимация напряжения в начальный момент замыкания; на фиг.3 - кривые переходного тока нулевой последовательности 3i₀(t) в линии с замыканием на землю.

Устройство (фиг.1) содержит схему сети, в которой к главному питающему пункту 1 (ГПП) через линии электропередачи 2, 3, 4, 5 подключены трансформаторные подстанции нагрузки 6, 7, 8, 9 (ТП); на каждой линии передачи установлены трансформаторы тока нулевой последовательности 10 (ТТНП), нагруженные на резисторы 11 (R_н).

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 (например, выполняя мониторинг перенапряжений [3, 4]) и выделяют присоединение с замыканием любым из известных способов, реализуя, например, принцип раздельной фиксации полярностей первых полуволн высокочастотных токов нулевой последовательности [5]. После пробоя изоляции в сети возникают колебания, которые фиксируются в виде напряжений на шинах ГПП.

Регистрируемое в начальный момент замыкания напряжение аппроксимируют полиномом второй степени, дифференцируют и находят максимум производной (абсолютное значение) в начале участка аппроксимации.

Используя значение напряжения пробоя U_П на поврежденной фазе, нормируют полученное значение по отношению к напряжению U _П (взятому, например, в относительных единицах):

.

Для всех присоединений в конкретной сети с учетом ее топологии предварительно определяют путем любого способа моделирования расчетные зависимости нормированных максимальных значений производных от расстояния до места замыкания. Такие зависимости, например, могут быть получены с помощью комплекса программ [6, 7] путем составления расчетной схемы замещения сети и моделирования начальной стадии процесса однофазного замыкания. Начальная часть процесса изменения напряжения на поврежденной фазе во время замыкания аппроксимируют, как указано выше, и определяют максимальное значение производной.

По значению максимальной производной, полученной на основе реально зарегистрированного напряжения, определяют по ранее полученным расчетным зависимостям приближенно расстояние до места замыкания L_зп на конкретной линии в данной сети.

На фиг.2 приведен пример расчетной осциллограммы напряжения в начальный момент замыкания, полученной с помощью программного обеспечения [7], и кривой аппроксимации напряжения. Для линий с различными первичными параметрами и различными длинами зависимости производной от расстояния до места замыкания будут отличаться.

Далее приближенное расстояние до места замыкания L_зп используют для получения более точного значения. Кривую переходного тока нулевой последовательности, которая фактически представляет напряжение на нагрузочном сопротивлении R_н, обрабатывают, подвергая фильтрации, отсекают высшие частоты различных побочных волновых процессов, имеющих место в сети, которые могут привести к ошибочному определению расстояния. Частоту среза фильтра нижних их частот приближенно определяют как . На кривой переходного тока 3i₀(t) находят первый максимум напряжения и соответствующее ему время t ₁. Это время можно рассматривать как момент прихода волны от места замыкания в начало линии. К времени t₁ прибавляют время двойного пробега волны по линии , определяемое по приближенному расстоянию L_зп в соответствии с волновым способом [8], от которого в обе стороны откладывают зону поиска следующего максимума напряжения шириной, определяемой параметром К. Значение параметра К зависит от предварительно определенного расстояния L_зп, поскольку погрешность способа [2] возрастает с увеличением расстояния до места замыкания. Приближенно К принимают линейно изменяющимся от 0,1 до 0,2 при варьировании расстояния L_зп от начала до конца линии, т.е. , где L - длина линии. Таким образом, поиск второго максимума напряжения выполняют на отрезке времени .

Момент времени, соответствующий второму максимуму, обозначают t₂, после чего уточненное расстояние определяют как .

Ни фиг.3. приведена кривая переходного тока нулевой последовательности (1) в воздушной линии (ВЛ) реальной радиальной распределительной сети 10 кВ при искусственном дуговом замыкании на землю на расстоянии 54 км от источника (длина ВЛ 77 км). Предварительно определенное расстояние составило L _зп=59 км.

Обработка переходного тока нулевой последовательности выполнена фильтром нижних частот (фильтром Чебышева первого рода) с частотой среза 5 кГц и коэффициенте затухания 40 дБ на частоте 30 кГц (кривая 2 на фиг.3). Крутизна затухания фильтра не является критичной и может составлять 12-18 дБ на октаву. Некритична также и неравномерность коэффициента передачи фильтра в полосе пропускания, которая допустима до 2 дБ. Время первого максимума составило t₁=410 мкс, временной отрезок, на котором выполняется поиск второго максимума, t [733, 873] мкс (ширина участка поиска второго максимума ). Время второго максимума составило t₂=750 мкс, уточненное расстояние до места замыкания - L₃ =51 км, и погрешность в определении расстояния после уточнения уменьшилась с 9,3 до 5,5%.

Таким образом, определение расстояния до места замыкания на землю без отключения присоединения осуществляется в два этапа: путем предварительной оценки расстояния на основе максимальной производной, регистрируемой в момент замыкания, и последующего уточнения этого значения на основе измерения и обработки тока нулевой последовательности в линии с замыканием. Применение данного двухэтапного способа позволяет определять расстояния до мест замыкания в радиальных распределительных сетях с высокой точностью.

Источники информации

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. Патент РФ №2216749 (от 11.01.2002). Способ определения расстояния до места однофазного замыкания на землю в распределительных сетях / Качесов В.Е., 2004, БИ №2.

3. Качесов В.Е., Ларионов В.Н., Овсянников А.Г. О результатах мониторинга перенапряжений при однофазных дуговых замыканиях на землю в распределительных кабельных сетях // Электрические станции, 2002, №8.

4. Кадомская К.П., Качесов В.Е., Лавров Ю.А., Овсянников А.Г., Сахно В.А. Диагностика и мониторинг кабельных сетей средних классов напряжения // Электротехника, 2000, №11.

5. Майборода В.Н., Обабков В.К. Внедрение устройств полного подавления дуговых замыканий на землю в сети СИ 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.

6. H.W.Dommel. Digital computer solution of electromagnetic transients in single and multi-phase networks // IEEE Trans. Power App. and Systems, vol. PAS-88, April 1969, pp.388-399.

7. The Electromagnetic Transients Program (EMTP). Rule Book 1, 2. DCG/EPRJ, 1996.

8. Шалыт Г.М. Определение мест повреждения в электрических сетях. М.: Энергоатомиздат, 1982.