способ определения места повреждения электрической сети напряжения 6( 10 ) - 35 кв с изолированной или компенсированной нейтралью

Формула изобретения

Способ определения места повреждения электрической сети напряжения 6(10) - 35 кВ с изолированной или компенсированной нейтралью, согласно которому выявляют фазу линии с поврежденной изоляцией, замкнувшуюся на землю, замеряют параметры поврежденной фазы, на основании которых находят расстояние до места повреждения, отличающийся тем, что в качестве замеряемых параметров определяют собственную частоту переходного процесса разряда емкости поврежденной фазы _dп и собственную частоту переходного процесса подзаряда емкости неповрежденных фаз _dн, следующие друг за другом амплитуды тока I_m1 и I_m2 разряда поврежденной фазы, напряжение на нейтрали U, а расстояние до места повреждения определяют из соотношения

где L₀ - известное значение погонной индуктивности линии;

С - емкость всей линии.

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 их повреждения, без отключения потребителей.

Известен способ определения до места замыкания фазы на землю в сетях с изолированной нейтралью (а.с. СССР №1559318), согласно которому при включении через компенсирующее устройство между землей и проверяемой фазой источника непромышленной частоты устанавливают резонанс напряжений на контуре, состоящем из емкости проводов сети и дополнительной регулируемой индуктивностью при нормальной работе сети, получают стабилизированный ток непромышленной частоты, протекающий по замкнутому на землю проводу, фиксируют величину напряжения между точкой присоединения резонансной индуктивности к электросети и землей, измеряют величину угла между измеренным напряжением и известным напряжением источника непромышленной частоты, а расстояние до места замыкания фазы на землю определяют по формуле исходя из значений величины резонансной индуктивности выделенного контура, индуктивности одного км линии, напряжения между точкой присоединения резонансной индуктивности к электрической сети и землей, угла между измеренным напряжением и напряжением источника непромышленной частоты. Недостатком известного способа является сложность его осуществления, требующая в частности наличия источника непромышленной частоты, дополнительной регулируемой индуктивности и установления резонансного режима с последующим замером параметров. Кроме того, это требует достаточно длительного времени, что делает данный способ малоэффективным.

Известен способ определения места однофазного замыкания на землю в разветвленной воздушной ЛЭП с изолированной нейтралью, (патент РФ №2248583), согласно которому передвигаются под ЛЭП вдоль ее ветвей и проводят измерения в качестве аварийного сигнала напряженности электрического и магнитного полей, преобразуют их в пропорциональные им гармонические составляющие сигналов напряжения и тока, а место замыкания на землю определяют по смене знака угла сдвига фаз между гармоническими составляющими сигналов напряжения и тока выделенной 1-ой гармоники. Недостатком данного способа является его трудоемкость и недостаточная точность, кроме того, его нельзя провести аппаратными средствами на подстанции, а необходим выезд бригады на линию.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ определения удаленности однофазного замыкания в трехфазной линии электропередачи [патент РФ №2186404], который выбран за прототип. В способе-прототипе осуществляется следующая последовательность операций: определяют первую фазу линии электропередачи с поврежденной изоляцией, замкнувшуюся на землю; отключают линию электропередачи от источника питания; перемыкают между собой накоротко провода первой фазы с поврежденной изоляцией и второй фазы с неповрежденной изоляцией в конце линии электропередачи на известном расстоянии L от источника питания при помощи перемычки; размыкают питающий конец провода третьей фазы с неповрежденной изоляцией с помощью, например, коммутационного аппарата; соединяют с землей провод третьей фазы с неповрежденной изоляцией в начале и конце линии электропередачи перемычками; подключают к земле нулевую точку или вывод второй фазы с неповрежденной изоляцией источника питания с помощью коммутационного аппарата; подключают первую фазу с поврежденной изоляцией и вторую фазу с неповрежденной изоляцией к источнику питания; измеряют напряжение U₁₂ на выводах источника питания между первой фазой с поврежденной изоляцией и второй фазой с неповрежденной изоляцией, а также значения токов I₁ и I₂ этих фаз; определяют расстояние l_k до места однофазного замыкания по формуле

где L - расстояние от источника питания до противоположного конца линии.

Основным недостатком данного способа является необходимость отключения поврежденной линии от источника питания, что неизбежно вызовет сбой в работе потребителей. Между тем известно, (см. Правила устройства электроустановок. - М.: Энергоатомиздат, 2003, с.316) что защиты от однофазных замыканий на землю должны быть выполнены в виде селективной защиты, действующей на сигнал, так как в течение определенного промежутка времени потребитель не ощущает повреждения на линии и, если сократить время устранения такого повреждения, то отключения потребителей можно избежать. Кроме того, данный способ дает погрешности, обусловленные тем, что в токах I₁ и I₂ сохраняются составляющие, обусловленные однофазными нагрузками, подключенными между первой фазой с поврежденной изоляцией и второй фазой с неповрежденной изоляцией, а также из-за наличия поперечной емкостной проводимости между первой и второй фазами, а также между второй фазой и землей.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является устранение указанных недостатков, а именно создание способа, позволяющего, находясь на подстанции, быстро и точно определять с помощью анализа параметров переходного процесса аварийного режима места повреждения, с тем чтобы ремонтная бригада была направлена точно к месту повреждения, и при этом отключения потребителей от питания не производилось.

Поставленная задача решается способом, согласно которому выявляют фазу линии с поврежденной изоляцией, замкнувшуюся на землю, замеряют параметры поврежденной фазы, на основании которых находят расстояние до места повреждения, в котором в отличие от прототипа в качестве замеряемых параметров определяют собственную частоту переходного процесса разряда емкости поврежденной фазы _dп и собственную частоту переходного процесса подзаряда емкости неповрежденных фаз _dн следующие друг за другом амплитуды тока I_m1 и I_m2 разряда поврежденной фазы, напряжение на нейтрали U, а расстояние до места повреждения определяют из соотношения:

где L₀ - известное значение погонной индуктивности линии

С - емкость всей линии

Зависимость для определения расстояния до места повреждения найдена расчетным путем на основе следующих соображений. При однофазном повреждении по поврежденной фазе поврежденной линии проходит ток подзаряда емкостей неповрежденных фаз и ток разряда емкости поврежденной фазы (фиг.2 и 3). Имея замеренное значение _dп вычисляем индуктивное сопротивление линии на частоте замера

Замеряя следующие друг за другом амплитуды тока I_m1 и I_m2, находим активное сопротивление

При этом известно, что

Подставив в обе формулы активное сопротивление и совместно решив их получаем значение L_K , а искомое значение l_K получаем из зависимости

отсюда получаем конечный результат

Из анализа патентной и научно-технической литературы авторами не найдено сходного способа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "новизна". В то же время, заявляемый способ не вытекает с очевидностью из уровня техники, поскольку традиционно считалось, что расстояние до места однофазного замыкания на землю в сетях 6-35 кВ по записям тока и напряжения аварийного режима определять невозможно, т.к. величина тока замыкания на землю любой из фаз на любой из линий сети, отходящих от источника питания, не зависит от расположения места замыкания по длине линии и определяется суммарной длиной всех включенных линий сети (см. Кузнецов А.П. Определение мест повреждения на воздушных линиях электропередачи. - М.: Энергоатомиздат, 1989 г, с.94). С помощью заявляемого способа найдена возможность по замеренным параметрам переходного процесса при повреждении оперативно определять место этого повреждения, т.е. зяаляемый способ опровергает общепринятое утверждение, что позволяет считать его соответствующим критерию "изобретательский уровень".

Опытная проверка заявляемого устройства в реальных условиях показала, что с момента поступления первого сигнала о наличии повреждения до выезда ремонтников на место с учетом организационных мероприятий проходит не более 10-15 минут, из них определение расстояния до места повреждения занимает не более нескольких секунд. При этом используются контрольно-измерительные приборы, изготовленные на основе серийно выпускаемой элементной базы, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого способа критерии, "промышленная применимость".

На фиг.1 представлена схема устройства для реализации заявляемого способа; на фиг.2 - контур прохождения токов разряда; на фиг.3 - контур прохождения токов подзаряда.

Устройство для реализации данного способа состоит из фильтра напряжения нулевой последовательности 1, выход которого соединен со входом фильтра напряжения 2, первый выход которого соединен со входом первого компаратора 3, а второй выход - с первым входом фазочувствительного выпрямителя 4. Устройство содержит также фильтр тока нулевой последовательности 5, выход которого соединен со входом фильтра тока 6, первый выход которого соединен со входом второго компаратора 7, а второй выход соединен со вторым входом фазочувствительного выпрямителя 4, выход которого соединен со входом одновибратора 8, выход которого соединен с первым входом устройства анализа и отображения информации, в качестве которого использована ЭВМ 9, второй и третий входы которого соединены с выходами первого 3 и второго 7 компараторов.

Реализация способа определения места повреждения электрической сети напряжения 6(10) - 35 кВ с изолированной или компенсированной нейтралью осуществляется следующим образом. На фильтр напряжения нулевой последовательности 1 и фильтр тока нулевой последовательности 5 поступает первичная информация о напряжении Ua, Ub, Uc и токе ia, ib, ic всех трех фаз. Фильтры 2 и 6 подавляют величины напряжения и тока промышленной частоты и пропускают гармонические составляющие переходного процесса. Первый компаратор 3 и второй компаратор 7 производят оцифровку сигналов и определение собственной частоты переходного процесса. Фазочувствительный выпрямитель 4 определяет знак импульса тока и напряжения, а одновибратор 8 отделяет положительную полуволну для дальнейшей обработки, которую в соответствии с вышеприведенной зависимостью программно осуществляет ЭВМ 9, выдавая конечный результат на экран дисплея.