СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАССТОЯНИЯ ДО МЕСТА ОДНОФАЗНОГО ДУГОВОГО ЗАМЫКАНИЯ В РАДИАЛЬНЫХ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ

Название	СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАССТОЯНИЯ ДО МЕСТА ОДНОФАЗНОГО ДУГОВОГО ЗАМЫКАНИЯ В РАДИАЛЬНЫХ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ
Разработчик (Авторы)	Качесов В.Е.
Вид объекта патентного права	Изобретение
Регистрационный номер	2279687
Дата регистрации	26.11.2004
Правообладатель	Новосибирский Государственный Технический Университет
Медаль имени А.Нобеля

Описание изобретения

Предлагаемое изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для определения расстояний до мест однофазных замыканий в распределительных сетях радиальной структуры.

Известен способ определения расстояния до места однофазного замыкания в радиальных распределительных сетях [1], который основан на измерении времени между моментом посылки в линию зондирующего электрического импульса и моментом прихода в начало линии импульса, отраженного от места замыкания. Послав в линию импульс, измеряют интервал t_p - время двойного пробега этого импульса до места замыкания. Расстояние до места замыкания находят как L₃=νt_p/2, где ν - скорость распространения электромагнитного импульса по линии.

Использование этого способа в автоматическом режиме, когда измерения проводятся на линиях, включенных под рабочее напряжение электрической сети крайне затруднительно для радиальной сети, поскольку в этом случае имеют место многократные отражения от неповрежденных линий, накладывающиеся на полезный сигнал и искажающие его. Сложность применения этого способа также заключается в том, что измерение напряжения должно проводиться в период горения дуги замыкания, только в этом случае информация является значимой. Горение же дуги при дуговых замыканиях длится несколько миллисекунд, что затрудняет получение требуемой измерительной информации.

Отмеченные сложности интерпретации и анализа измерительных осциллограмм могут приводить к результатам измерений, существенно далеким от истинных.

Кроме того, известен способ определения расстояния до места однофазного замыкания в радиальных распределительных сетях [2], взятый в качестве прототипа и применяемый на включенных в сеть линиях. В данном способе напряжение поврежденной фазы регистрируют на шинах источника питания в начальный момент замыкания. аппроксимируют полиномом второй степени, определяют абсолютное максимальное значение производной  в начале участка аппроксимации, нормируют по отношению к напряжению пробоя и по расчетной зависимости расстояния до места замыкания от максимума нормированной производной напряжения  для конкретной линии в данной сети определяют приближенное расстояние L_зп до места замыкания.

Недостатком способа является низкая точность определения расстояния L₃ при удаленных от источника питания замыканиях, что обусловлено малой скоростью (крутизной) изменения производной фазного напряжения .

Анализ приведенного уровня техники свидетельствует о том, что задачей изобретения является создание более точного способа определения расстояния до места замыкания при неотключенном присоединении в радиальных распределительных сетях.

Это достигается тем, что в известном способе определения расстояния до места однофазного замыкания, основанном на регистрации напряжения на поврежденной фазе в начале линии, измеряемое напряжение в начальный момент замыкания аппроксимируют полиномом второй степени, определяют абсолютное максимальное значение производной в начале участка аппроксимации, нормируют по отношению к напряжению пробоя и по расчетной зависимости расстояния до места замыкания от максимума нормированной производной напряжения для конкретной линии в данной сети определяют приближенное расстояние до места замыкания L_зп. Одновременно с напряжением поврежденной фазы регистрируют в поврежденном присоединении переходный ток нулевой последовательности, подавляют в нем высшие частоты, превышающие частоту среза . На обработанной кривой тока нулевой последовательности определяют первый максимум, соответствующий ему момент времени t₁, и временной отрезок  где  L - длина линии, на котором определяют второй максимум того же знака и его время t₂, уточненное расстояние до места замыкания рассчитывают по выражению 

На фиг.1 приведен пример радиальной сети, в которой реализуется предлагаемый способ; на фиг.2 - расчетная осциллограмма напряжения в месте регистрации при точном моделировании переходного процесса замыкания в сети и аппроксимация напряжения в начальный момент замыкания; на фиг.3 - кривые переходного тока нулевой последовательности 3i₀(t) в линии с замыканием на землю.

Устройство (фиг.1) содержит схему сети, в которой к главному питающему пункту 1 (ГПП) через линии электропередачи 2, 3, 4, 5 подключены трансформаторные подстанции нагрузки 6, 7, 8, 9 (ТП); на каждой линии передачи установлены трансформаторы тока нулевой последовательности 10 (ТТНП), нагруженные на резисторы 11 (R_н).

Способ осуществляется следующим образом.

В процессе замыкания на землю на одной из отходящих линий 2, 3, 4, 5 (фиг.1) на шинах питающего пункта 1 (фиг.1) регистрируют напряжение поврежденной фазы (например, выполняя мониторинг перенапряжений [3, 4]) и выделяют присоединение с замыканием любым из известных способов, реализуя, например, принцип раздельной фиксации полярностей первых полуволн высокочастотных токов нулевой последовательности [5]. После пробоя изоляции в сети возникают колебания, которые фиксируются в виде напряжений на шинах ГПП.

Регистрируемое в начальный момент замыкания напряжение аппроксимируют полиномом второй степени, дифференцируют и находят максимум производной (абсолютное значение) в начале участка аппроксимации.

Используя значение напряжения пробоя U_П на поврежденной фазе, нормируют полученное значение по отношению к напряжению U_П (взятому, например, в относительных единицах):

.

Для всех присоединений в конкретной сети с учетом ее топологии предварительно определяют путем любого способа моделирования расчетные зависимости нормированных максимальных значений производных от расстояния до места замыкания. Такие зависимости, например, могут быть получены с помощью комплекса программ [6, 7] путем составления расчетной схемы замещения сети и моделирования начальной стадии процесса однофазного замыкания. Начальная часть процесса изменения напряжения на поврежденной фазе во время замыкания аппроксимируют, как указано выше, и определяют максимальное значение производной.

По значению максимальной производной, полученной на основе реально зарегистрированного напряжения, определяют по ранее полученным расчетным зависимостям приближенно расстояние до места замыкания L_зп на конкретной линии в данной сети.

На фиг.2 приведен пример расчетной осциллограммы напряжения в начальный момент замыкания, полученной с помощью программного обеспечения [7], и кривой аппроксимации напряжения. Для линий с различными первичными параметрами и различными длинами зависимости производной от расстояния до места замыкания будут отличаться.

Далее приближенное расстояние до места замыкания L_зп используют для получения более точного значения. Кривую переходного тока нулевой последовательности, которая фактически представляет напряжение на нагрузочном сопротивлении R_н, обрабатывают, подвергая фильтрации, отсекают высшие частоты различных побочных волновых процессов, имеющих место в сети, которые могут привести к ошибочному определению расстояния. Частоту среза фильтра нижних их частот приближенно определяют как . На кривой переходного тока 3i₀(t) находят первый максимум напряжения и соответствующее ему время t₁. Это время можно рассматривать как момент прихода волны от места замыкания в начало линии. К времени t₁ прибавляют время двойного пробега волны по линии , определяемое по приближенному расстоянию L_зп в соответствии с волновым способом [8], от которого в обе стороны откладывают зону поиска следующего максимума напряжения шириной, определяемой параметром К. Значение параметра К зависит от предварительно определенного расстояния L_зп, поскольку погрешность способа [2] возрастает с увеличением расстояния до места замыкания. Приближенно К принимают линейно изменяющимся от 0,1 до 0,2 при варьировании расстояния L_зп от начала до конца линии, т.е. , где L - длина линии. Таким образом, поиск второго максимума напряжения выполняют на отрезке времени .

Момент времени, соответствующий второму максимуму, обозначают t₂, после чего уточненное расстояние определяют как .

Ни фиг.3. приведена кривая переходного тока нулевой последовательности (1) в воздушной линии (ВЛ) реальной радиальной распределительной сети 10 кВ при искусственном дуговом замыкании на землю на расстоянии 54 км от источника (длина ВЛ 77 км). Предварительно определенное расстояние составило L_зп=59 км.

Обработка переходного тока нулевой последовательности выполнена фильтром нижних частот (фильтром Чебышева первого рода) с частотой среза 5 кГц и коэффициенте затухания 40 дБ на частоте 30 кГц (кривая 2 на фиг.3). Крутизна затухания фильтра не является критичной и может составлять 12-18 дБ на октаву. Некритична также и неравномерность коэффициента передачи фильтра в полосе пропускания, которая допустима до 2 дБ. Время первого максимума составило t₁=410 мкс, временной отрезок, на котором выполняется поиск второго максимума, t∈ [733, 873] мкс (ширина участка поиска второго максимума ). Время второго максимума составило t₂=750 мкс, уточненное расстояние до места замыкания - L₃=51 км, и погрешность в определении расстояния после уточнения уменьшилась с 9,3 до 5,5%.

Таким образом, определение расстояния до места замыкания на землю без отключения присоединения осуществляется в два этапа: путем предварительной оценки расстояния на основе максимальной производной, регистрируемой в момент замыкания, и последующего уточнения этого значения на основе измерения и обработки тока нулевой последовательности в линии с замыканием. Применение данного двухэтапного способа позволяет определять расстояния до мест замыкания в радиальных распределительных сетях с высокой точностью.

Формула изобретения

Способ определения расстояния до места однофазного замыкания в радиальных распределительных сетях, заключающийся в том, что напряжение поврежденной фазы регистрируют на шинах источника питания в начальный момент замыкания, аппроксимируют полиномом второй степени, определяют абсолютное максимальное значение производной в начале участка аппроксимации, нормируют по отношению к напряжению пробоя и по расчетной зависимости расстояния до места замыкания от максимума нормированной производной напряжения для конкретной линии в данной сети определяют приближенное расстояние L_зп до места замыкания, отличающийся тем, что одновременно с напряжением поврежденной фазы регистрируют в поврежденном присоединении переходный ток нулевой последовательности, подавляют в нем высшие частоты, превышающие частоту среза  на обработанной кривой тока нулевой последовательности определяют первый максимум, соответствующий ему момент времени t₁ и временной отрезок

где 

L - длина линии, ν - скорость электромагнитной волны в линии,

на котором определяют второй максимум того же знака и его время t₂, уточненное расстояние до места замыкания рассчитывают по выражению

Изобретение "СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАССТОЯНИЯ ДО МЕСТА ОДНОФАЗНОГО ДУГОВОГО ЗАМЫКАНИЯ В РАДИАЛЬНЫХ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ" (Качесов В.Е.) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога