способ адаптации дистанционной защиты и определителя места повреждения линии электропередачи с использованием ее модели

Формула изобретения

Способ адаптации дистанционной защиты и определителя места повреждения линии электропередачи с использованием ее модели по двум режимам короткого замыкания путем измерения напряжений и токов на одной стороне линии, подачи измеренных напряжений первого режима на входы первой модели, подключения к первой модели комплексной нагрузки, подбора нагрузки из условия уравновешивания первой модели по токам на входе, подачи измеренных напряжений второго режима на входы второй модели, подключения к второй модели комплексной нагрузки, подбора нагрузки из условия уравновешивания второй модели по токам на входе, отличающийся тем, что к моделям первого и второго режимов линии комплексные нагрузки подключают в местах замыканий, определяют ток в резисторах комплексных нагрузок, отключают реактивные сопротивления комплексных нагрузок, включают вместо резисторов источники определенных токов, подключают модель передающей системы, состоящей из источников напряжения и сопротивлений прямой и нулевой последовательностей, измеряют на входах моделей аварийные токи и напряжения, сравнивают полученные величины с величинами линии, и если разница между ними превышает заданную установку, определяют комплексные передаточные коэффициенты как отношения измеренных напряжений и токов модели и линии, определяют среднее значение передаточных коэффициентов и с их помощью корректируют входные величины модели и вновь уравновешивают их комплексной нагрузкой и далее продолжают процесс настройки в той же последовательности, фиксируют сближение токов и напряжений моделей и линии, после чего корректируют токи и напряжения линии непосредственно в дистанционной защите и определителе места повреждения линии электропередачи.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электротехники, а именно к релейной защите и автоматике линий электропередачи, и может быть использовано при создании устройств защиты автоматики, требующих высокую степень адаптации характеристик срабатывания к режимам защищаемого объекта.

По технической сущности к заявляемому способу наиболее близки способы, на основе которых реализованы адаптивные устройства релейной защиты. Их общее свойство адаптивность проявляется либо через автоматическое изменение заранее заданной характеристики срабатывания в зависимости от режимов работы защищаемого объекта, либо выбором такого алгоритма функционирования, который бы максимально использовал всю априорную информацию об объекте.

Известен способ адаптации (настройки) дистанционной защиты (ДЗ), основанный на изменении характеристик срабатывания на комплексной плоскости с целью отстройки от изменяющегося нагрузочного режима [1, с. 252-254] При этом ядро алгоритма функционирования (ДЗ) остается неизменным, а потому в условиях сильно нагруженных линий сохраняется вероятность неселективной работы при коротких замыканиях через большие переходные сопротивления (R_f 10-40 Ом). К тому же при резком изменении перетока мощности в линии данный способ может привести к неселективному отключению.

Известен способ дистанционной защиты и определения места повреждения, который адаптирует алгоритм функционирования непосредственно к величинам предшествующего режима [2] полностью перестраивая свою характеристику срабатывания на комплексной плоскости в зависимости от угла электропередачи [3] Этот способ основан на использовании априорной информации о резистивной природе повреждения. Величина замера дистанции до места повреждения не зависит от значений переходных сопротивлений. Ограничения способа определяются лишь чувствительностью цепей защиты.

Способ предполагает измерение токов и напряжений в начале линии и подачу их на ее модель. При этом модель может быть уравновешена в любой точке линии соответствующей комплексной нагрузкой. Рассмотрев совокупность координат линии, выявляет ту точку, где комплексная нагрузка будет чисто активной или наиболее близкой к ней. Эта точка и будет соответствовать истинному месту повреждения на линии. Если при этом модель линии адекватна реальной электропередаче, то способ дистанционной защиты и определения места повреждения [2] не имеет методической погрешности, т.е. точно определяет расстояние до места повреждения вне зависимости от величин переходных сопротивлений в месте повреждения, вида короткого замыкания и текущего угла электропередачи.

Однако в реальных защитах возникают погрешности в определении места повреждения, обусловленные погрешностями, вносимыми измерительными трансформаторами тока и напряжения линии и входными цепями защиты. Другими источниками возникновения погрешностей являются неточное задание удельных параметров линии, приближенный учет отбора мощности в ответвлениях и изменяющиеся сопротивления эквивалентных систем.

Проиллюстрируем данное положение на примере линии электропередачи 110 кВ: Микунь-Чернутьево Южных электрических сетей Комиэнерго (фиг. 1). На линии в местах, указанных на фиг. 1, были произведены 7 опытов короткого замыкания, которые записаны с помощью цифрового регистратора аварийных процессов "Бреслер 0101". На основании этих данных с помощью программного комплекса анализа аварийных процессов, реализующего, в частности, способ-прототип [2] были определены оценки координат мест повреждений (табл.1). Очевидно, что оценки имеют большую погрешность (до 5,82 км).

Настоящее изобретение решает задачу настройки и адаптации дистанционной защиты и определителя места повреждения на конкретной линии электропередачи.

Для этого в способе настройки и адаптации дистанционной защиты и определителя места повреждения линии электропередачи с использованием ее моделей по двум режимам короткого замыкания путем измерения аварийных напряжений и токов на одной стороне линии, подачи измеренных напряжений первого режима на входы первой модели, подключения к первой модели комплексной нагрузки, подбора нагрузки из условия уравновешивания первой модели по измеренным токам на входе, подачи измеренных напряжений второго режима на входе второй модели, подключения к второй модели комплексной нагрузки, подбора нагрузки из условия уравновешивания второй модели по измеренным токам на входе подключают к моделям первого и второго режимов линии комплексные нагрузки в местах замыканий, определяют ток в резисторах комплексных нагрузок, отключают реактивные сопротивления комплексных нагрузок, включают вместо резисторов источники определения токов, подключают модель передающей системы, состоящей из источников напряжения и сопротивлений прямой и нулевой последовательностей, измеряют на входах моделей аварийные токи и напряжения, сравнивают полученные величины с величинами линии и, если разница между ними превышает заданную уставку, определяют комплексные передаточные коэффициенты как отношения измеренных напряжений и токов модели и линии, определяют среднее значение передаточных коэффициентов и с их помощью корректируют входные величины модели и вновь уравновешивают их комплексной нагрузкой. Указанный процесс повторяют до тех пор, пока сближение одноименных величин двух координат модели и линии не станет ниже уставки, а затем корректируют входные величины непосредственно в дистанционной защите и определителе места повреждения.

Итак, прототип дополняется рядом операций, создающих новое качество - повышение точности дистанционной защиты и определителя места повреждения линии электропередачи. Важнейшими их них являются а) контроль сближения токов и напряжений, измеренных соответственно в линии и в модели, б) коррекция по результатам двух опытов аварийных токов и напряжений на входе модели, в) непосредственная коррекция токов и напряжений в дистанционной защите и определителе места повреждения.

Иллюстрацией способа служат фиг. 1-6 и табл. 1, 2. На фиг. 1 приведена схема линии электропередачи 110 кВ Микунь-Чернутьево Южных электрических сетей Коминэрго. На этой линии в точках х1.х4 проведены 7 опытов коротких замыканий (КЗ). Результаты испытаний определителя места повреждения (ОМП) без настройки (адаптации) и с настройкой приведены соответственно в табл. 1 и 2. В табл. 1, 2 указаны географические места К3, соответствующие им координаты, расчетные значения координат повреждений и погрешности при междуфазных и однофазных К3.

На фиг. 2 изображены входы ЛЭП, на которых измеряются аварийные напряжения и токи. На фиг.3 приведена однолинейная схема трехфазной линии с двумя известными координатами повреждения x_f1 и x_f2. На фиг. 4а, б полные модели ЛЭП аварийного режима при однофазном и междуфазном коротких замыканиях. На фиг. 5а, б показаны модели ЛЭП при однофазном и междуфазном замыканиях, в которых вместо активного сопротивления комплексной нагрузки включен источник тока с током активного сопротивления. На фиг. 6 приведен вариант структурной схемы устройства, реализующего предлагаемый способ.

Для обеспечения целостности изложения в дальнейшем тексте приняты следующие обозначения: l длина линии; x_f координата места повреждения; x=0 место установки защиты на линии. Индексы в токах и напряжениях несут следующую смысловую нагрузку: A, B, C фазы; x - особая, x -1 отстающая, x +1 опережающая фазы; n соответствует величинам места повреждения; 0 указывает на величину нулевой составляющей. Кроме этого, апостров указывает на безнулевую составляющую.

С входов 1 реальной линии электропередачи (фиг.2) посредством входных преобразователей напряжения 2 и тока 3 снимают фазные напряжения 4 и линейные токи 5. В их составе выделяют основные гармоники аварийного напряжения 6 и тока 7 , записываемые далее в виде векторов (матриц):



v A, B, C,

где т индекс транспортирования, а ноль в аргументе, как уже отмечалось, означает принадлежность величин к началу линии.

Симметричная ЛЭП рассматривается в системе нулевых и безнулевых составляющих [4] в связи с чем кроме определенных выше величин дополнительно определяются нулевые и безнулевые составляющие напряжений и токов аварийного режима:



В модели фиг.3 с передающей 8 C1 и приемной 9 C2 системами в двух точках 10 x_f1 и 11 x_f2 проводятся опыты короткого замыкания.

На схемах фиг. 4 а, б изображены модели однофазного и междуфазного коротких замыканий для основных гармоник аварийных токов и напряжений. К входам схем приложено напряжение 6 аварийного режима и протекает ток 7 аварийного режима ; нагрузкой схем является приемная система 12, состоящая из сопротивления прямой последовательности 13 X_r, нулевой последовательности 14 X_ro и источника напряжения 15 .

В рассматриваемых схемах в месте проведения опытов с координатой 10, 11 x_f1 и x_f2, отсчитываемой от начала линии, подключены комплексные сопротивление нагрузок 16 (x_f) состоящие из активного 17 R_n и 18 X_n реактивного сопротивлений.

В схеме фиг. 4а комплексное сопротивление нагрузки 16 (x_f) подключено в особой фазе 19 , напряжение 20 в этом месте равно (x_f); в схеме фиг. 4б комплексное сопротивление нагрузки 16 (x_f) подключено между отстающей 21 -1 и опережающей 22 x+1 фазами, напряжение в месте опытов в отстающей и опережающей фазах соответственно равны 23 U_п.-1 и 24 U_п.+1

В нагрузке 16 (x_f) протекает ток повреждения 25 (x_f), а в активном сопротивлении 17 R_n протекает ток 26 (x_f).

К месту проведения опытов 10, 11 x_f1 и x_f2 слева подходит ток 27 (x_f-), справа отходит ток 28 (x_f+).

На фиг. 5а, б изображены модели линии для корректировки аварийных токов 29 [(0)] и напряжений 30 (0) путем измерения их в модели с единственным источником тока 31, ток которого равен току 26 (x_f). К входу модели подключена передающая система 32, состоящая из сопротивлений прямой 33 x_s, нулевой 34 x_s0 последовательностей и источников ЭДС 35

Структурная схема (фиг. 5) состоит из адаптивных фильтров ортогональных составляющих 35 и 36, входы которых подключены к трансформаторам напряжения 2 и тока 3, модели 37, реализующей функции моделей фиг. 4а или б; модели аварийного режима 38, реализующей функции моделей фиг. 5а или б; блока сравнения и деления 39; блока коррекции 40 и собственно дистанционной защиты (или определитель места повреждения (ОМП)) 41.

Предлагаемый способ настройки и адаптации дистанционной защиты и определителя места повреждения линии электропередачи с использованием ее моделей заключается в следующем.

1. С входов 1 линии электропередачи (фиг. 1) посредством преобразователей напряжения 2 и тока 3 снимают фазные напряжения 4 и линейные токи 5. В их составе измеряют напряжения и токи аварийного режима: 6 [(0)] 7 [(0)] v A, B, C.

2. Подают на входы модели линии (фиг. 4а или б) напряжения аварийного режима 6 [(0)] Подключают в месте проведения опытов 10, 11 x_f1,2, в моделях однофазного или междуфазного замыканий комплексные сопротивления нагрузок 16 (x_f1,2) и уравновешивают модели по токам 7 ((0) для однофазного замыкания, (0) для междуфазного замыкания) путем подбора (регулирования) указанных комплексных сопротивлений нагрузок.

С этой целью на модели линии выполняют следующие операции.

2.1. Преобразуют входные величины 6 [(0)] 7 [(0)] в величины места повреждения: для однофазного К3 (К¹) это напряжение 20 (x_f1,2), для междуфазного К3 (К⁽²⁾) напряжения в отстающей 21 и опережающей 22 фазах 23 (x_f1,2) и 24 (x_1,2); а также ток 27 (x_f1,2).

Введем индексы для преобразуемых напряжений и токов.

Для K⁽¹⁾ pv pc x особая фаза, т.е. преобразуют только величины особой (поврежденной фазы),

для K⁽²⁾ pv x-1, x+1; pc x-1, т.е. преобразуют напряжения поврежденных фаз, а ток только одной из поврежденных фаз.

В матричной форме преобразования выглядят следующим образом:



Для модели длинной линии x x_f1,2



Для модели короткой линии x x_f1,2



где постоянная распространения нулевой последовательности, - волновое сопротивление нулевой последовательности, удельное сопротивление нулевой последовательности линии, x_f1,2 координата места проведения опытов коротких замыканий.

2.2. Преобразуют напряжения повреждения (для однофазного КЗ (K⁽¹⁾) это напряжение 20 (x_f1,2) и для междуфазного КЗ (K⁽²⁾) - напряжения в остающей 21 фазе 23 (x_f1,2)) в одну из величин места предполагаемого повреждения ток 28 (x_f1,2+), протекающий справа относительно точек проведения опытов короткого замыкания 10, 11. В частности, выполняют операцию:

x x_f1,2



Для модели длинной линии



Для модели короткой линии:

x x_f1,2



где x_ro сопротивление 14 нулевой последовательности приемной системы 12.

2.3. Преобразуют токи 27 (x_f1,2-) и 28 (x_f1,2+) в ток 25 (x_f1,2), протекающий в нагрузке 16 (x_f1,2)



2.4. Преобразуют напряжение места предполагаемого повреждения (20 (x_f1,2) для K⁽¹⁾ или 23 (x_f1,2) и 24 (x_f1,2) для K⁽²⁾) и ток 17 [(x_f1,2)] в сопротивление нагрузок 16 (x_f1,2), проводимость которых равна



Таким образом, именно сопротивления 17 R_vn и 18 X_vn, подключенные в точках 10 или 11 к координатам x_f1 или x_f2, уравновешивают входные токи 7 [(0)] и напряжения 6 [(0)] путем подбора (регулирования) указанных сопротивлений.

3. Далее в схемах фиг.4 а или б измеряют ток в резисторах 17 R_n - 26 (x_f1,2).

4. Последующим отключением реактивных сопротивлений 18 X_n, подключением вместо резистора 17 R_n источника тока 31 с током, равным току 26 (x_f1,2), и присоединением передающей системы 32, состоящей из сопротивлений прямой 33 x_s, нулевой 34 x_so последовательностей и источников ЭДС 35 , получают модель фиг. 5а или б, в которой измеряют аварийные токи 29 (0) и напряжения 30 (0), v f, B, C.

5. Сравниваются аварийные токи 29 (0) и напряжения 30 (0) модели с аналогичными величинами линии 7 (0) и 6 (0), для чего вычисляют абсолютное значение разностей

сравнивают _{I и U} с уставками I_уст, U_уст. Если I и I_уст и U > U_уст, т.е. абсолютные значения превышают уставки, то определяют комплексные передаточные коэффициенты как отношения измеренных напряжений и токов модели и линии для обоих опытов, проведенных в точках 10, 11 с координатами x_f1, x_f2 на первом шаге итерации



И, наконец, определяются комплексные передаточные коэффициенты по току и напряжению как средние значения



6. С помощью указанных комплексных коэффициентов корректируют входные величины модели на первом шаге настройки, получая величины линии, хотя и откорректированные:

,

и подают их на входы моделей фиг. 4 а или б.

7. Повторяют в указанной последовательности процедуры пунктов 2-6 до тех пор, пока абсолютные значения разностей на i- и (i-1)-м шаге итерации, иными словами, абсолютные значения разностей токов модели и линии



не станут меньше уставок I_уст и U_уст. Тогда, окончательно, корректируют входные величины токов и напряжений в дистанционной защите и ОМП



где комплексные передаточные коэффициенты по напряжению и току, полученные на i-ом шаге итерации.

Структурная схема фиг. 6 реализует последовательность описанных выше процедур 1-7.

Адаптивные фильтры ортогональных составляющих 35-36 выполняют операцию выделения комплексов напряжений и токов аварийного режима: 6 [(0)] 7 [(0)]

С помощью модели 37, первоначально используя комплексы напряжения 6 [(0)] и подключая в месте проведения опытов 10, 11 x_f1,2, в моделях однофазного или междуфазного замыканий комплексные сопротивления нагрузок 16 (x_f1,2) уравновешивают модели по токам 7 ((0) для однофазного замыкания, (0) для междуфазного замыкания) путем подбора (регулирования) указанных комплексных сопротивлений нагрузок. На следующих шагах итераций входными величинами модели 37 будут являться откорректированные напряжения и токи (2). Выходным параметром модели является ток 26 (x_f1,2), равный току резистора 17 R_n комплексного сопротивления нагрузки 16 (x_f1,2) (фиг. 4а, б) (процедуры 2 и 3).

В модели аварийного режима 38 путем измерения (фиг. 4 а или б) получают откорректированные аварийные токи 29 (0) и напряжения 30 (0) (процедура 4).

В блоке сравнения и деления 39 вычисляются абсолютные значения разностей на входах моделей на i- и (i-1)-м шагах итераций





сравнивают I⁽ⁱ⁾ и U⁽ⁱ⁾ с уставками I_уст, U_уст, Если



т. е. абсолютные значения превышают уставки, то определяют комплексные передаточные коэффициенты согласно процедуре 5. Кроме того, на выход блока передается логический сигнал, характеризующий выполнение условия (4).

Блок коррекции 40 реализует процедуру 6 и передает откорректированные входные величины на вход модели 37.

При невыполнении условия (4) процесс коррекции прекращается и окончательно корректируют входные величины токов и напряжений в дистанционной защите и ОМП согласно (3) (процедура 7).

В предлагаемом способе благодаря коррекции входных токов и напряжений уменьшается погрешность в определении координаты места повреждения. Сказанное подтверждается результатами обучения определителя места повреждения на линии электропередачи 110 кВ: Микунь-Чернутьево Южных электрических сетей Комиэнерго (табл. 2). Обучение произведено по 2 опытам (Едва и Усогорск), после чего корректировались входные токи и напряжения для остальных 5 опытов и определялось координата повреждения. Сравнение данных табл. 1 и 2 показывает, что оценки координаты места повреждений, полученные после обучения (адаптации), имеют значительно меньшую погрешность, чем до обучения (0,79 против 5,82 км).