Дистанционный способ защиты и автоматики линии электропередачи
Использование: для выполнения устройств, совмещающих в себе функции дистанционной защиты и локатора повреждения. Сущность изобретения: измеряют напряжения и токи, фазные и нулевой последовательности, разграничивают земляные и междуфазные замыкания, выбирают особую фазу, определяют реактивные параметры предполагаемых замыканий, первый параметр в предложении, что замыкание произошло в начале линии, а второй - в ином месте, например в конце линии, в месте каждого предполагаемого повреждения принимают ток прямой последовательности особой фазы, равным току обратной последовательности при однофазном замыкании, противоположным току обратной последовательности при двухфазном замыкании, противоположным сумме токов обратной и нулевой последовательности при двухфазном замыкании на землю, задают характеристику срабатывания дистанционной защиты в плоскости первого и второго реактивного параметров и определяют место замыкания линии как ближайшее к началу линии место предполагаемого замыкания, в котором реактивный параметр принимает нулевое значение. Реактивный параметр представляет собой произведение реактивной мощности и реактивного сопротивления предполагаемого замыкания и имеет знак реактивной мощности. 18 ил., 1 табл.
Изобретение относится к электротехнике, а именно к релейной защите и системной автоматике, и может быть использовано для выполнения устройств, совмещающих в себе функции дистанционной защиты и локатора повреждения.
Известен дистанционный способ, лежащий в основе большого числа алгоритмов и конкретных устройств как релейной защиты, так и автоматики линий [1] Он заключается в анализе комплексных сопротивлений, представляющий собой отношение комплексов напряжения и тока, измеренных в начале линии. Ему присущи известные ограничения: он не охватывает все виды коротких замыканий и надежность его функционирования ухудшается с увеличением переходных сопротивлений в месте замыкания; при сопротивлениях, превышающих 50 Ом, надежное срабатывание дистанционной защиты и определение места повреждения линии обычно не гарантируется. Существуют разновидности этого общего способа; они ориентированы, как правило, на определенные виды коротких замыканий [2, 3] и решают частные задачи: либо дистанционной защиты, либо выбора фаз, либо определения места повреждения. Известен дистанционный способ с более широкими функциональными возможностями. Применительно к задачам поиска повреждений он заявлен в [4] а применительно к релейной защите в [5] Этот способ предполагает измерение фазных напряжений и токов, их нулевой последовательности, преобразования измеренных величин со смещением фаз, наложения преобразованных напряжений и токов. Он имеет разные интерпретации. Наиболее общая не требует строгого разграничения вида повреждения и выбора поврежденных фаз. Но она связана с большим числом преобразований, затрагивая все измеренные токи и напряжения. Имеется и более простой вариант, когда разграничивают земляные и междуфазные замыкания, выбирают особую фазу и затем вид замыкания. Кроме того, в любой версии указанного способа определяют реактивные параметры замыканий (повреждений), предполагаемых в различных, но фиксированных точках линии: первый в предположении, что замыкание произошло в начале линии, а второй в предположении, что оно произошло в ином месте. Указанный способ при всей своей функциональной общности не свободен от некоторых недостатков. Серьезную проблему для него представляет учет ЭДС приемной (ненаблюдаемой) части электрической системы. В этом способе для ее учета используются результаты измерения напряжений и токов предшествующего (доаварийногоо) режима. Но такие данные имеются не всегда. Например, замыкание, вызываемое снежным заносом на горной линии электропередачи, возникает постепенно и, следовательно, не дает информации о доаварийном режиме. Но и в любом случае разделение режимов требует применения пускового органа, памяти для фиксации старых данных, вычислительных ресурсов для их обработки. Кроме того, усложнение способа дополнительной информацией, доступной не всегда, снижает его надежность. Цель изобретения заключается в упрощении дистанционного способа, сокращения объема используемой информации и повышении надежности его функционирования. Поставленная цель достигается тем, что в известный дистанционный способ введены операции, создавшие возможность обойтись без информации о доаварийном режиме. Это определение тока обратной последовательности, использование вместо тока прямой последовательности особой фазы других токов, не зависящих от ЭДС приемной части системы, задание характеристики срабатывания (возврата) дистанционной защиты (а в частном случае избирателя поврежденных фаз и вида повреждения) в плоскости первого и второго реактивных параметров и определение места замыкания линии как того ближайшего к началу линии места предполагаемого замыкания, в котором реактивный параметр принимает нулевое значение. В зависимости от вида замыкания ток прямой последовательности особой фазы в месте предполагаемого повреждения определяют по-разному: при однофазном замыкании его идентифицируют с током обратной последовательности, при двухфазном с отрицательным током обратной последовательности, а при двухфазном замыкании отрицательной суммой токов обратной и нулевой последовательности. Дополнительно предлагается одна из наиболее рациональных модификаций реактивного параметра. Детализируются напряжения, используемые при определении реактивных параметров. Конкретизируется место второго предполагаемого замыкания. Число мест предполагаемых замыканий предлагается увеличить до трех, соответственно увеличивается и число реактивных параметров, в этом случае характеристика срабатывания задается в пространстве этих параметров. Встречаются дистанционные способы, в которых также используется ток обратной последовательности [6] Однако это не избавляет от необходимости привлекать информацию о доаварийном режиме. Кроме того, подобные способы не имеют такого принципиально важного признака (общего с прототипом), как определение по меньшей мере двух реактивных параметров, соответствующих двум предполагаемым повреждениям. Существо предполагаемого способа поясняют иллюстрации по фиг.1-18. На фиг.1-5 приведены однолинейные съемные модели линии электропередачи: на фиг. 1 схема реального замыкания в неизвестном месте (с неизвестной координатой xf), на фиг.2 предполагаемое повреждение; оно предполагается в точке х и содержит модель самого повреждения, состоящую из параллельно соединенных активного и реактивного сопротивлений; на фиг. 3 модель замыкания, предполагаемого в начале линии; на фиг.4 то же, но в конце линии; на фиг.5 - то же, но в середине линии. На фиг.6-8 показаны различные схемные модели места повреждения: фиг.6 однофазного (К(1)); фиг.7 двухфазного (К(2)); фиг.8 двухфазного на землю. На фиг.9 изображена характеристика срабатывания дистанционной защиты в плоскости двух реактивных параметров. На фиг.10-15 приведены схемы, использующиеся при выводе формулы реактивного параметра Х: на фиг.10 схемная модель реальной электропередачи по фиг.1; фиг.11 схемная модель электропередачи с предполагаемым повреждением; фиг.12 схема действия тока реального повреждения; фиг.13 схема действия тока предполагаемого повреждения; фиг.14 схема действия напряжения реального повреждения; фиг.15 схема действия источника напряжения предполагаемого замыкания. На фиг.16, 17 приведены зависимости реактивного примера от координаты предполагаемого замыкания в различных ситуациях: при замыкании на защищаемой (контролируемой) линии (фиг.16) и при внешнем замыкании (фиг.17). На фиг.18 зависимость тока предполагаемого замыкания от координаты. В таблице указаны способы определения тока прямой последовательности при различных видах короткого замыкания, а также токи, напряжения и определяемые по ним реактивные сопротивления, участвующие в определении реактивного параметра предполагаемого повреждения. На иллюстрациях и в тексте применяются следующие обозначения: x - координата произвольной точки линии,









никакие дополнительные связи не привлекаются, поэтому ни в одной точке поврежденной линии нулевого значения





и определяя место повреждения из условия

Контролируемая электрическая система включает в себя передающую и приемную части 1 и 2, линию электропередачи 3 и повреждение 4. Им соответствуют схемные модели: передающей части 5, приемной части 6, линии электропередачи 7. Место повреждения можно предполагать в любой точке схемной модели, поэтому модель самого повреждения 8 подключена на фиг.2 к произвольной точке х. Среди множества точек линии две занимают особое место. Это начало х 0 и конец х l (в частном случае х l может быть концом защищаемой зоны). Повреждение в этих граничных точках предполагается в обязательном порядке: это модели 9 и 10. Хотя это и не обязательно, но число особых точек линии может быть увеличено. Например, к числу мест предполагаемого повреждения может быть отнесена середина линии модель 11. В трехфазной сети схема подключения модели повреждения зависит от вида замыкания. При однофазном замыкании реальному повреждению 4 соответствует модель предполагаемого повреждения 8 (фиг.6), при двухфазном повреждение 12 и модель 13, при двухфазном замыкании на землю повреждение 14 и модель 15. Последняя модель сложнее остальных и содержит три комплексных сопротивления: два одинаковых фазных

Предлагаемый способ основан на особых свойствах зависимости реактивного параметра от координаты х. Теоретическое обоснование дадим на примере двухпроводной линии (фиг.10). Если линия повреждена, то ни координата повреждения хf, ни параметры повреждения не известны. Единственная априорная информация, учтенная на фиг.10, состоит в том, что повреждение имеет резистивную природу (переходное сопротивление Rf чисто активное), т.е. основные гармоники напряжения и тока в месте повреждения совпадают по фазе. Математической интерпретацией служат равенства (2) или (5). Можно утверждать, что наблюдаемый режим линии, характеризуемый током












где





или

Из (8) и (9) находим парамет- ры предполагаемого повреждения для схемы фиг.11: комплексную мощность и комплексное сопротивление


записанные с учетом того обстоятельства, что реальное повреждение резистивно

Если принять ради простоты, что



Как видно из (12), (13), характер зависимостей Qx и Xx определяют одночлены xf x и l-x+



свободно от недостатков, присущих каждому из сомножителей в отдельности. Реактивный параметр (14) принимает нулевое значение в единственной точке х хf и не зависит от модуля тока I(xf). Если замыкание произошло в защищаемой зоне, когда 0





И, наконец, при замыкании "за спиной", когда xf <0 (фиг.18), ток предполагаемого повреждения в любой точке реально неповрежденной линии, определяемый как разность (5), будет иметь нулевой уровень. Последнее и служит свидетельством того, что участки линии электропередачи правее места установки защиты не повреждены. С учетом возможных погрешностей цепей преобразования сигналов условия (15)-(18) целесообразно обобщить. Формулируя их как условия принадлежности двух значений реактивного параметра в местах предполагаемого замыкания заданной зоне на плоскости







Соотношение (14), дающее аналитическое описание реактивного параметра, необходимо для обоснования предлагаемого способа, но не более того, так как расчет по ней невозможен: ток





Если трехфазная система ЭДС



где





в то время как ток









притом, что фазные напряжения отдельных последовательностей определяются по выражениям (20) и (22). Ток обратной последовательности


после чего

Напряжение и ток в месте предполагаемого замыкания определяются, таким образом, в результате линейных преобразований, заключающихся в изменении уровней и смещении фаз входных напряжений и токов. Как минимум, они должны быть определены для двух точек: x 0 и x l Соответственно определяются и два реактивных параметра на каждую пару фаз:







Уровни токов предполагаемого повреждения I


sign






идентифицируется междуфазное замыкание вне зоны, а при
sign







идентифицируется замыкание фаз











каждая из которых определяется путем преобразования соответствующих последовательностей входных напряжений и токов по алгоритмам (20) (22). Токи обратной и нулевой последовательности определяются также по алгоритмам (20), (21). Все указанные операции одинаковы для однофазного и двухфазного замыкания. Различаются алгоритмы определения токов прямой последовательности: в предположении однофазном замыкании ток










в то время как для определения критерия требуется только один множитель Х(x). Проблема решается с помощью следующих соотношений (фиг.8)

откуда

что позволяет ввести в рассмотрение реактивное сопротивление, определяемое через отношение суммы напряжений к сумме токов предполагаемого повреждения


В месте реального повреждения комплексное сопротивление (25) становится чисто активным, и необходимо условие xвд(xf) 0 соблюдается. Проверка предположения об однофазном замыкании осуществляется путем определения фазного реактивного параметра

в двух точках предполагаемого повреждения: при х 0 и хl.В этих местах контролируются также уровни токов предполагаемого повреждения I


sign





то идентифицируется замыкание в контролируемой зоне фазы






где реактивная мощность повреждения определяется суммированием по фазам

и характеризует потребление в звезде трех сопротивлений модели схемы по фиг. 8, или же в соответствии с соотношением (23) может быть избрана определяемая более просто реактивная мощность сопротивления


Заметим, что в соотношениях (24), (25), (27)-(29), относящихся к двухфазному замыканию на землю, индекс

sign





даст положительный результат и к тому же токи I






Формула изобретения


где x координата места предполагаемого замыкания;
Q(x) и X(x) реактивная мощность и реактивное сопротивление предполагаемого замыкания соответственно. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что реактивная мощность и реактивное сопротивление определяются по формулам


где



и при однофазном замыкании напряжение принимают равным фазному напряжению поврежденной фазы, а ток току повреждения в той же фазе, при междуфазном замыкании напряжение принимают равным линейному напряжению поврежденных фаз, а ток току их повреждения, при двухфазном замыкании на землю напряжение принимают равным сумме фазных напряжений поврежденных фаз, а ток сумме токов повреждений этих фаз. 4. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что местом второго замыкания предполагают конец линии. 5. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что местом второго повреждения предполагают конец защищаемой зоны. 6. Способ по пп.1 5, отличающийся тем, что дополнительно определяют третий реактивный параметр в предположении, что короткое замыкание произошло в промежуточной фиксированной точке линии, и задают характеристику срабатывания (возврата) дистанционной защиты в пространстве первого третьего параметров.
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19