способ определения места и характера повреждения в электрической системе с использованием моделей входящих в нее линий электропередачи

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА И ХАРАКТЕРА ПОВРЕЖДЕНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МОДЕЛЕЙ ВХОДЯЩИХ В НЕЕ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ, согласно которому выделяют напряжения и токи основных гармоник на одном из концов каждой линии, подают выделенные напряжения на входы моделей, измеряют токи на указанных входах и сравнивают их с выделенными токами, отличающийся тем, что подают напряжения на выходы моделей отдельных линий, устанавливающие их в состояние равновесия, сравнивают между собой напряжения моделей линий с общим узлом, по несовпадению напряжения на выходе модели одной из линий с напряжениями на выходах моделей других линий общего узла выявляют поврежденную линию, по совпадению напряжений на выходах двух или более моделей линий общего узла судят о напряжениях в соответствующем узле, измеряют токи моделей неповрежденных линий данного узла, определяют токи конца поврежденной линии путем наложения указанных токов, подают фазные напряжения общего узла на соответствующие входы моделей поврежденной линии, устанавливают модели в состояние равновесия путем подключения фазных поперечных и продольных нагрузок в местах предполагаемых повреждений, измеряют проводимости поперечных и сопротивления продольных нагрузок, определяют углы нагрузок, выбирают нагрузку с нулевым углом и судят о месте и характере повреждения линии по месту подключения и соотношения величин активных проводимостей фаз поперечной нагрузки и активных сопротивлений фаз продольной нагрузки с нулевым углом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системной автоматике и релейной защите, и предназначено для реализации в качестве устройств определения места повреждения линий электропередачи (ЛЭП), входящих в состав электрической системы, устройств контроля погасания дуги в ЛЭП и т.д.

Известен способ контроля ЛЭП с использованием ее моделей, включающий выделение основных гармоник напряжений и токов, подачу напряжений на входы моделей, измерение токов на указанных входах и сравнение их с выделенными токами.

Этот способ ориентирован на задачи релейной защиты, т.е. на установление факта повреждения ЛЭП, а не конкретного места, в котором произошло повреждение и тем более не на выявление характера повреждения, поэтому он не содержит операции, дающие возможность при наличии точных моделей определить без методических погрешностей и место, и вид аномалии [1]

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ определения места и характера повреждения в электрической системе с использованием моделей входящих в нее линий электропередачи, согласно которому выделяют напряжения и токи основных гармоник на одном конце каждой линии, подают выделенные напряжения на входы моделей, измеряют токи на указанных входах и сравнивают их с выделенными токами [2]

Недостатком этого способа является низкая точность, связанная с наличием методической погрешности и отсутствием полной картины повреждения.

Цель изобретения повышение точности и расширение функциональных возможностей.

Это достигается тем, что при способе определения места и характера повреждения в электрической системе с использованием моделей входящих в нее линий электропередачи, согласно которому выделяют напряжения и токи основных гармоник на одном конце каждой линии, подают выделенные напряжения на входы моделей, измеряют токи на указанных входах и сравнивают их с выделенными токами, дополнительно подают напряжения на выходы моделей отдельных линий, устанавливающие их в состояние равновесия, сравнивают между собой напряжения моделей линий с общим узлом, по несовпадению напряжения на выходе моделей одной из линий с напряжениями на выходах моделей других линий общего узла выявляют поврежденную линию, по совпадению напряжений на выходах двух или более моделей линий общего узла судят о напряжениях в соответствующем узле, измеряют токи моделей неповрежденных линий данного узла, определяют токи конца поврежденной линии путем наложения указанных токов, подают фазные напряжения общего узла на соответствующие входы моделей поврежденной линии, устанавливают модели в состояние равновесия путем подключения фазных поперечных и продольных нагрузок в местах предполагаемых повреждений, измеряют проводимости поперечных и сопротивления продольных нагрузок, определяют углы нагрузок, выбирают нагрузку с нулевым углом и судят о месте и характере повреждения линии по месту подключения и соотношению величин активных проводимостей фаз поперечной нагрузки и активных сопротивлений фаз продольной нагрузки с нулевым углом.

Каждая линия моделируется отдельно от других, вход модели соответствует тому концу моделируемой линии, на котором производятся измерения, а выход другому, не доступному для измерений. Далее сравнивают напряжения источников, подключенных к моделям тех линий, которые соединены в электрической системе, т. е. сходятся в общем многопроводном узле. Каждая модель уравновешивается в отдельности. Если все линии, соединяющиеся в узле, не повреждены, то напряжения источников, уравновешивающих модели этих линий, должны совпасть. По несовпадению напряжения конца одной из линий с напряжениями других концов общего узла выявляют поврежденную линию. Здесь играет роль то обстоятельство, что в узле сходятся минимум три линии. Если одна из них повреждена, то это обнаружится по совпадению напряжений моделей двух других линий и их отличию от напряжения на выходе модели поврежденной линии. На этом заканчивается первый этап определения места повреждения.

Далее идет определение места повреждения в конкретной линии.

По совпадению напряжений на выходах моделей двух или более линий, подходящих к общему узлу, судят о напряжении в соответствующем узле.

Таким образом, становятся известными истинные напряжения на втором конце поврежденной линии. Измеряя токи источников, подключенных к концам моделей неповрежденных линий узла, общего с поврежденной, определяют токи ее конца, подходящего к этому узлу, для чего совершают наложение измеренных токов. Остальные операции совершаются на модели поврежденной линии. Они преследуют цель выявить не только место, но и характер повреждения как поперечного, т. е. короткого замыкания (КЗ), так и продольного, т.е. обрыва проводов, либо того и другого в совокупности. Число моделей определяется требуемой точностью. Первые и соответственно вторые концы всех ее моделей соединяют. К первым концам еще ранее подключены источники фазных напряжений, равных основным гармоникам, выделенным из сетевых напряжений. К вторым концам моделей подключают источники фазных напряжений, равных напряжениям в общем узле. Затем к каждой отдельной модели поврежденной линии в одном специально для нее отведенном месте подключают фазные поперечные и продольные комплексные нагрузки, устанавливают сопротивления этих нагрузок такими, чтобы токи на концах моделей поврежденной линии совпали: на первом конце с выделенными основными гармониками токов линии, а на втором с токами, определенными наложением в общем узле.

В результате все модели оказываются уравновешенными и остается выяснить, какая из всех комплексных нагрузок при этом свидетельствует о реальном повреждении. Для этого измеряют проводимости поперечных и сопротивления продольных нагрузок, сравнивают активные проводимости и сопротивления с уставками (чтобы исключить нагрузки нереальные, обусловленные неадекватностью моделей и погрешностями измерений), выбирают модели, у которых активная проводимость поперечной нагрузки и (или) активное сопротивление продольной превышает уставку. Далее предстоит выявить нагрузку, в наибольшей степени напоминающую по своему характеру условия, складывающиеся в месте повреждения. Для этого определяют углы нагрузок, имея в виду, что переходные сопротивления практически чисто активные, и выбирают нагрузку с наименьшим углом. В заключение принимают, что место повреждения линии соответствует месту подключения указанной нагрузки, и судят о характере повреждения линии по соотношениям проводимостей фаз поперечной и сопротивлениям фаз продольной нагрузки и наименьшим углом.

На фиг. 1 изображена произвольная электрическая система, состоящая из пяти линий; на фиг. 2 модели отдельных линий, уравновешенные источниками; на фиг. 3 модели одной и той же линии, уравновешенной нагрузками, подключенными в разных местах.

Рассматриваемая система (см. фиг. 1) состоит из линий 1-5 электропередачи. Доступны измерению напряжения и токи на первых концах 6-9 четырех линий 1-4. Промежуточная линия 5 в отличие от остальных недоступна измерениям. Напряжения 10-13 и токи 14-17 обрабатывают, выделяя из них основные гармоники. В узлах 18, 19 системы напряжения 20, 21 и токи 22-27 измерению недоступны.

Каждая линия имеет свою полную модель: модели 28-32 (см. фиг. 2) относятся к линиям 1-5 соответственно. Модели условно изображены в виде четырехполюсных блоков, показаны фазные входные и выходные зажимы 33-37 и 38-42, а также входные и выходные земляные зажимы 43-47 и 48-52. Остальные фазные зажимы не показаны, что согласуется с однолинейным изображением системы на фиг. 1. Зажимы 33-36 соответствуют концам 6-9 линий 1-4, зажимы 37-39 узлу 18, зажимы 40-42 узлу 19, а принадлежность земляных зажимов такова же, как и тех верхних зажимов, с которыми они образуют пару. К входам моделей 28-31 подключены источники 53-56 напряжения, представленные основными гармониками напряжений, измеренных на концах 6-9 линий. К входу же модели 32 подключен источник 57 напряжения, определенного с помощью моделей 28, 29 и идентифицируемого с напряжением в узле 18. К выходам моделей 28-32 подключены регулируемые источники 58-62 напряжения, назначение которых уравновешивание моделей. Модели 28-32 полагают уравновешенными, если токи на их входах 63-66 совпадут с основными гармониками измеренных токов 14-17. Что же касается модели 32, то она считается уравновешенной, если ток 67 на ее входе совпадает с током 26, определенным по выходным токам 68, 68 моделей 28, 29. Эти выходные токи идентифицируются с токами 22, 23 концов линий 1, 2. Понятие о входе и выходе модели 32 промежуточной линии 5 условно. Если повреждена одна из линий 3 или 4, то вход следует относить к узлу 18, а если повреждена линия 1 или 2, то к узлу 19. Если же повреждена сама линия 5, то обе пары зажимов модели 32 следует считать входными. Изображение модели 32 на фиг. 2 дано в предположении, что линии 1, 2 не повреждены, и тогда ток 67 на ее входе удастся определить по токам 68, 69. В противном случае необходимо будет воспользоваться выходными токами 70, 71 (см. фиг. 3) моделей 30, 31, чтобы узнать ток 72 модели 32, идентифицируемый с током 27 линий 5.

При поиске места повреждения в конкретной линии, например линии 3, ее модель 30 разделяется на две части 73, 74, а к ее выходу подключается источник 75 напряжения, идентифицируемого с напряжением 21 узла 19, определяемым в результате уравновешивания моделей 31, 32 и равным совпадающим напряжениям их регулируемых источников 61, 62 напряжения. Между частями 73, 74 модели 30 включены комплексные нагрузки: поперечная 76 и продольная 77, причем поперечная состоит из резисторов 78 и дросселей или конденсаторов 79, а продольная из резисторов 80 и дросселей 81. Нагрузки находятся под действием выходных напряжений 82, 83 и токов 84, 85 частей 73, 74 моделей. Положительное направление тока 86 на выходе поврежденной линии взято противоположным обычному направлению этого тока 70. Схемы по фиг. 3 а и б различаются последовательностью включения поперечной и продольной нагрузок 76, 77.

Согласно предлагаемому способу постоянно контролируют напряжения 10-13 и токи 14 и 17. Поскольку синхронное измерение электрических величин на разных линиях малореально, непосредственно получают модули основных гармоник напряжений 10-13 и токов 14-17. Их фазы получают из моделей на фиг. 2 путем сопоставления напряжений разных линий в узлах 18, 19. Предположим, что все величины приводят к началу отсчета времени в пункте конец 6 линии. В нормальном режиме работы системы выполняются условия [(r₁)] [(r₂)] [(r₃)] предписываемые узлом 18. Убедившись в равенстве модулей, напряжений источников 58, 59, уравновешивающих модели 28, 29, и, следовательно, в исправности линий 1 и 2, измеряют фазу источника 54 до выполнения равенства комплексов [(r₁)] [(r₂)] приводя тем самым модели разных линий к одному отсчету времени. Далее убеждаются в равенстве модулей напряжений источников 60, 61, означающем исправность линий 3 и 4. Устанавливают напряжение источника 57 [(O₅)] равным [(r₁)] Сравнивают модуль напряжения регулируемого источника 62 [(r₅)] с [U(r₃)] убеждаясь в исправности линии 5. Затем устанавливают фазы источников 55, 56 с таким расчетом, чтобы выполнялось равенство комплексов напряжений источников 60-62: [(r₃)] [(r₄)] [(r₅)]

Рассмотрим далее аварийную ситуацию, складывающуюся, например, при повреждении линии 3. Модель 30 в такой ситуации станет неадекватной этой линии и равенство напряжений источников 60-62 нарушится, а именно окажется, что [U(r₃)] [U(r₄)] [U(r₃)] [U(r₅)] но в то же время напряжения источников 61, 62 будут совпадать по-прежнему: [U(r₄)] [U(r₅)]

Выявив таким образом поврежденную линию, приступают к поиску места и характера повреждения (см. фиг. 3). С помощью поперечных и продольных нагрузок 76, 77 соответственно уравновешивают схемы, в которых линия 3 представлена моделями двух своих составных частей 73, 74. При этом напряжение источника 75 на выходе модели устанавливают равным напряжению узла 19, о котором судят по совпавшим напряжениям источников 61, 62, т.е. принимают [(r₃)] [(r₅)]

Измеряя к тому же токи 71, 72 [(r₄)] [(r₅)] узнают еще и ток [(r₃)] [(r₄)] + [(r₅)] с которым должен совпасть ток 86 уравновешенных нагрузками схем на фиг. 3. После уравновешивания узнают, какое разделение модели линии 3 на две части привело к реальному отображению соотношений в месте повреждения. Для этого измеряют проводимости G поперечных нагрузок 76 (В), сопротивления продольных нагрузок 77 (R, X) и сравнивают (G и R) с уставками G_уст, R_уст, в качестве которых выбирают максимальные значения параметров Q и R, встречающиеся при повреждениях. Обнаружив, что G > G_уст, составляют предварительное суждение о коротком замыкании в соответствующем месте линии, а обнаружив, что R > R_уст о ее обрыве. Однако не исключено, что подобные неравенства будут выполняться не в одной, а в нескольких схемах по фиг. 3. Поэтому проверку продолжают, исходя из того факта, что сопротивление в месте повреждения близко к чисто активному. Определяют углы нагрузок 76, 77, т.е. отношения B/G и X/R и исключают те схемы, где это соотношение превышает реальное. Окончательное заключение о месте повреждения выносят, сопоставляя величины G, B/G и R, X/R в разных моделях линии 3, представленных в виде схем фиг. 3. Если обнаружится, что в одной из схем G максимально, а B/G минимально, то это послужит свидетельством КЗ в том месте линии, которое соответствует месту разделения модели в данной схеме. Аналогично там, где R максимально, а X/R минимально, распознается обрыв линии.

Зная сопротивления фаз нагрузок, судят и о характере повреждения.

Максимальная проводимость G_A(x) указывает на однофазное КЗ в фазе А. Максимальные проводимости G_A(x) и G_B(x) (или G_экв(х) G_A(x)G_B(x)/(G_A(x) + G_B(x)) при отсутствии тока нулевой последовательности свидетельствуют о КЗ между фазами, а при его наличии на двухфазное КЗ на землю. Если окажутся пофазно максимальными все три проводимости G_A(x), G_B(x), G_C(x), то это будет говорить о трехфазном КЗ. Аналогично сопротивления R_A(x), R_B(x), R_C(x) указывают на обрывы проводов разных фаз. Проверка не в одной, а в обеих схемах фиг. 3 предусматривает возможность совпадения КЗ с обрывом, который может произойти как правее, так и левее места КЗ.