Устройство для определения места повреждения при коротких замыканиях на линии электропередачи переменного тока

Использование - на электроподстанциях для определения места повреждения при КЗ на высоковольтных линиях электропередачи переменного тока.

Технический результат - повышение точности определения места повреждения и обеспечение независимости результата от фазового угла между током и напряжением.

Устройство для определения места повреждения при коротких замыканиях на линии электропередачи переменного тока содержит входной блок, на входы которого подают сигналы фазных токов и напряжений, выходы которого соединены с входами мультиплексора, сигналы с которого подаются на аналого-цифровой преобразователь; микропроцессорный контроллер, на вход которого подаются сигналы с выхода аналого-цифрового преобразователя; блок индикации и блок ввода, входы которых соединены с выходами контроллера; последовательный интерфейс и энергонезависимую память, на вход которых подаются сигналы с соответствующих выходов контроллера; буфер, на вход которого подаются сигналы с выхода последовательного интерфейса; блок питания; а также блок связи с подстанцией противоположного конца линии переменного тока и блок синхронизации времени GPS, выходы которых присоединены к общей шине данных. 1 п.ф., 7 ил.

Область техники.

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована на электроподстанциях для определения места повреждения (ОМП) при коротких замыканиях (КЗ) на высоковольтных линиях электропередачи переменного тока, соединяющих электроподстанции и снабженных фазными датчиками тока и напряжения по концам линии.

Уровень техники. Известно устройство для ОМП на ВЛ переменного тока классов 110-750 кВ - фиксирующий индикатор ИМФ-3С [1]. На фиг.1 изображена структурная схема известного устройства. Устройство содержит входной блок (БВ) 1, который подключается к датчикам (трансформаторам) тока и напряжения соответствующих фаз А, В, С линии переменного тока. Сигналы с выхода БВ поступают на вход мультиплексора (МП) 2 и от МП подаются на аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 3. Блок индикации (БИ) 4 отображает информацию в буквенно-цифровом виде. С помощью БИ вводят заданные уставки и режимы работы устройства. Блок ввода и вывода информации (БВВ) 5 обеспечивает прием сигналов от контактов выключателя линии и выдачу сигналов о работе устройства на внешнюю сигнализацию.

Управление устройством осуществляет микропроцессорный контроллер (ПРЦ) 6, содержащий постоянное (ПЗУ) 7 и оперативное (ОЗУ) 8 запоминающие устройства, таймер 9 и контроллер 10 прерываний сигналов. Для хранения значений уставок используется энергонезависимая память (ЭНП) 11. Последовательный интерфейс (ПИ) 12 обеспечивает возможность подключения устройства к компьютеру и соединен с буфером 13. Блок питания (БП) 14 выдает напряжения, необходимые для элементов устройства.

Устройством обеспечивается фиксация входных величин за время от 50 мс до 200 мс (регулируется уставкой с шагом 10 мс).

Время фиксации аварийных процессов отсчитывается от момента запуска, который происходит при выполнении любого из условий:

где I₀, I₂,I ₃ - модули фазного тока нулевой, обратной и прямой последовательностей линии соответственно;

I_ном - номинальное значение тока трансформаторов тока линии;

K _П1, K_П2 и K_П3 - коэффициенты запуска для однофазных, двухфазных и трехфазных к.з соответственно.

Расчет расстояния до места междуфазного КЗ вычисляется по формуле

где L₀ - расчетное расстояние, км;

X_1уд - удельное реактивное сопротивление линии прямой последовательности. Ом/км, введенное как уставка;

U - напряжение, подводимое к устройству. В;

- угол между током и напряжением, подводимыми к устройству;

К_Т - коэффициент, определяемый по формуле

где К_ТН, К_ТТ - коэффициенты трансформации измерительных трансформаторов напряжения и тока линии электропередачи соответственно;

U _ном, I_ном - из ряда напряжений и токов в соответствии с данными, введенными как уставки.

Расчет расстояния до места однофазного КЗ выполняется по формуле

где X_0уд - удельное реактивное сопротивление нулевой последовательности, Ом/км.

Средняя относительная погрешность определения расстояния до места повреждения не превышает 5% при значении тока не менее номинального, угле между током и напряжением () от 45° до 90° и расстоянии до места повреждения более 20 км. При меньшем расстоянии погрешность не превышает 1 км.

Исходя из технических характеристик устройства ИМФ-3С, можно отметить следующие его недостатки:

1. Сравнительно низкая точность (5%). Для ВЛ длиной, например, 400 км - погрешность в ОМП может составить 20 км.

2. Зависимость гарантируемой точности от фазового сдвига между током и напряжением (от 45° до 90°).

Уменьшение фазового угла сдвига между током и напряжением и увеличение погрешности известного устройства ОМП связано с увеличением переходного сопротивления в месте КЗ (R_п ), величина которого неизвестна и не может быть определена односторонними измерениями (со стороны одной из подстанций) токов и напряжений линии.

Раскрытие полезной модели.

Техническим результатом полезной модели является повышение точности определения места повреждения (снижение погрешности) и обеспечение независимости результата от фазового угла между током и напряжением, что достигается путем использования результатов измерений токов и напряжений по обоим концам ВЛ с синхронизацией этих измерений с помощью GPS, получение величины переходного сопротивления (R _п) и вычисления длины короткозамкнутого участка с учетом R_п.

Предметом полезной модели является устройство для определения места повреждения при коротких замыканиях на линии электропередачи переменного тока, которое содержит входной блок, на входы которого подают сигналы фазных токов и напряжений, выходы которого соединены с входами мультиплексора, сигналы с которого подаются на аналого-цифровой преобразователь, микропроцессорный контроллер, на вход которого подаются сигналы с выхода аналого-цифрового преобразователя, блок индикации и блок ввода, входы которых соединены с выходами контроллера, последовательный интерфейс и энергонезависимую память, на вход которых подаются сигналы с соответствующих выходов контроллера, буфер, на вход которого подаются сигналы с выхода последовательного интерфейса, блок питания, а также блок связи с подстанцией противоположного конца линии переменного тока и блок синхронизации времени GPS, выходы которых присоединены к общей шине данных.

Осуществление полезной модели.

Как отмечено в [2] при решении задачи одностороннего ОМП (т.е. определении расстояния до места КЗ по фиксированным токам и напряжениям с одного конца ВЛ) неизбежно возникает ошибка из-за неизвестной величины переходного сопротивления в месте КЗ, а также неизвестного тока КЗ противоположной ПС.

Это поясняется рисунком, который изображен на фиг.2 для однофазного КЗ на землю на линии, соединяющей две подстанции (ПС1 и ПС2).

Для схемы фиг.2 справедливы уравнения:

где U₁ - напряжение, измеренное на ПС1, для которой определяют расстояние до места повреждения;

I₁ - ток, измеренный на ПС1;

I₂ - ток, измеренный на ПС2;

R _п - переходное сопротивление;

Z_x - сопротивление короткозамкнутого участка ВЛ, которое равно:

где R₀, X₀ - погонные активное и индуктивное сопротивление ВЛ (Ом/км);

l_x - длина короткозамкнутого участка.

При этом из (10) обуславливает принципиальную погрешность.

В случае применения одностороннего метода ОМП (как в прототипе) нет информации о токе , а переходное сопротивление R_п неизвестно и, практически, не бывает нулевым.

Таким образом, требуется определить два принципиально важных параметра - и R_п, чтобы найти более точное решение для Z_x и провести последующий пересчет для искомой длины короткозамкнутого участка ВЛ в зависимости от полученных после вычислений величин R_п, .

Для осуществления заявленного технического результата в структурную схему известного устройства ОМП добавлены блок 15 связи с подстанцией противоположного конца линии переменного тока, на которой установлено аналогичное устройство ОМП, и блок 16 синхронизации времени (GPS), изображенные на фиг.3.

Таким образом, при КЗ на линии устройствами ОМП, установленными на обеих ПС, производится запись аварийных токов и напряжений и в дальнейшем осуществляется обмен записанной информацией о сигналах между устройствами ОМП по сети Интернет.

После получения информации от устройства ОМП противоположной ПС алгоритм обработки сигналов устройства использует следующие формулы для расчета величины переходного сопротивления R _п и расстояния до места повреждения l_x:

где R₀ - погонное активное сопротивление линии, Ом/км;

Z_з - полный импеданс эквивалента земли;

U_1ф, I _1ф, cos - напряжение, ток и косинус угла между ними в поврежденной фазе ВЛ;

U_1л - линейное напряжение, В;

I_1ф - фазный ток, А;

₁ - угол между линейным напряжением и фазным током

I_1л - линейный ток, А;

₂ - угол между линейным напряжением и линейным током;

x - отношение искомого расстояния к длине всей линии.

Для однофазного КЗ:

Для двухфазного КЗ:

Для трехфазного КЗ на землю:

Алгоритмы работы предлагаемого устройства ОМП были опробованы на цифровой модели ВЛ 330 кВ, 200 км.

При однофазном коротком замыкании фазы А на землю на расстоянии 30 км от ПС1 кривые аварийных токов и напряжений имеют вид фиг.4-7.

Если бы расстояние до места повреждения определялось без учета переходного сопротивления с использованием одностороннего метода ОМП для прибора, установленного на ПС1, то согласно (6):

Погрешность в этом случае составила бы =12,3% от длины короткозамкнутого участка.

Расчет переходного сопротивления при наличии информации со второго конца ВЛ по (12) дает: R_п=15,2 Ом. Расчет расстояния до места повреждения односторонним методом с учетом R_п дает результат:

.

Погрешность в этом случае составит =3,3% от длины короткозамкнутого участка, что доказывает существенное уменьшение погрешности результата ОМП в предлагаемом устройстве.

Источники информации

1. Применение и техническое обслуживание микропроцессорных устройств на электростанциях и в электросетях. Часть 1. Фиксирующие индикаторы для определения мест повреждений на воздушных линиях электропередачи / Под ред. Б.А.Алексеева. - М.: Изд. НЦЭНАС, 2001.

2. Беляков Ю.С. Актуальные вопросы определения мест повреждения воздушных линий электропередачи. ФГОУ ДПО «ПЭИПК», Санкт-Петербург, 2008.

Устройство для определения места повреждения при коротких замыканиях на линии электропередачи переменного тока, содержащее входной блок, на входы которого подают сигналы фазных токов и напряжений, выходы которого соединены с входами мультиплексора, сигналы с которого подаются на аналого-цифровой преобразователь; микропроцессорный контроллер, на вход которого подаются сигналы с выхода аналого-цифрового преобразователя; блок индикации и блок ввода, входы которых соединены с выходами микропроцессорного контроллера; последовательный интерфейс и энергонезависимую память, на вход которых подаются сигналы с соответствующих выходов микропроцессорного контроллера; буфер, на вход которого подаются сигналы с выхода последовательного интерфейса; блок питания, отличающееся тем, что дополнительно введены блок связи с подстанцией противоположного конца линии переменного тока и блок синхронизации времени GPS, выходы которых присоединены к общей шине данных.