Способ определения места однофазного замыкания на землю в сетях 6-10 кВ с изолированной нейтралью

Название	Способ определения места однофазного замыкания на землю в сетях 6-10 кВ с изолированной нейтралью
Разработчик (Авторы)	Козлов Владимир Константинович, Киржацких Елена Ринатовна
Вид объекта патентного права	Изобретение
Регистрационный номер	2717697
Дата регистрации	25.03.2020
Правообладатель	Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный энергетический университет"
Область применения (класс МПК)	G01R 31/08
Медаль имени А.Нобеля

Описание изобретения

Изобретение относится к электротехнике, а именно к определению места однофазного замыкания на землю (ОЗЗ) в сетях 6-10 кВ с изолированной нейтралью, и может использоваться в электрических сетях для контроля нормальных и аварийных режимов. В частности, при создании цифровых релейных защит и противоаварийной автоматики.

Способ основан на регистрации фазных значений напряжений устройствами контроля напряжения в начале и по концам воздушной линии электропередачи (ЛЭП). Измеренные значения напряжений поврежденной фазы передаются в диспетчерский центр для совместной обработки, где определяются поврежденное ответвление и расстояние до ОЗЗ дифференциальным способом для каждой пары между значениями напряжений начала и концов ЛЭП, зарегистрированных устройствами контроля напряжения.

Известен способ определения места однофазного замыкания на землю в разветвленной воздушной ЛЭП с изолированной нейтралью по патенту РФ № 2248583, МПК G01R 31/08, 4.11.2002, в котором с помощью датчиков электрического и магнитного поля фиксируют аварийный сигнал, содержащий гармонические составляющие сигналов напряжения и тока. Из аварийного сигнала, полученного бесконтактным измерением гармонических составляющих сигналов напряжения и тока в разных точках, перемещаясь под воздушной ЛЭП вдоль ее ветвей, после разложения сигналов в ряд Фурье, выделяют гармонику, у которой суммарная амплитуда электрического и магнитного полей наибольшая относительно нормального режима. Поврежденную ветку определяют по максимальной величине суммарной амплитуды электрического и магнитного полей выделенной гармоники. Место повреждения определяют по смене знака разности фаз электрического и магнитного полей выделенной гармоники.

Недостатком способа является необходимость перемещения аварийной бригады вдоль всех ответвлений воздушной линии электропередачи, что занимает достаточно много времени.

С помощью прибора "Индикатор повреждения воздушной линии" (Техническое описание. - М.: ООО «Релематика», 2017) осуществляется более простой алгоритм способа определения места однофазного замыкания на землю в разветвленной воздушной ЛЭП с изолированной нейтралью. Устройство срабатывает при коротком замыкании на наброс тока более чем 120 А. При использовании дополнительно геоинформационной системы по определению места повреждения (ГИС ОМП) воздушных линий дистанционно определяют поврежденный участок распределительной сети (РС).

 Недостатком способа является низкая чувствительность срабатывания индикатора из-за малых токов замыкания на землю при ОЗЗ и определение только участка (между индикаторами), которое может составлять от 1 км и более.

Прототипом выбран способ определения места однофазного замыкания на землю в разветвленной воздушной линии электропередач, способ определения места междуфазного короткого замыкания в разветвленной воздушной линии электропередач и устройство контроля тока и напряжения для их осуществления по патенту РФ № 2372624 МПК G01R 31/08, 12.03.2008, который основан на регистрации времени прохождения скачка фазного напряжения устройствами контроля тока и напряжения в единой шкале времени, синхронизированной от спутниковых сигналов глобальной системы позиционирования. Зафиксированные времена передают в диспетчерский центр для совместной обработки, где определяют поврежденную ветку и место повреждения разностно-дальномерным способом для каждой пары времен, зарегистрированных устройствами контроля тока и напряжения.

Недостатком способа является:

- контроль переходного процесса, что усложняет оборудование для измерения напряжения и тока и увеличивает его стоимость, и снижает надёжность определения ОЗЗ;

- сложность в настройке устройств из-за необходимости синхронизации всех регистрирующих устройств тока и напряжения при помощи спутниковых сигналов глобальной системы позиционирования, при отсутствии связи со спутником способ не реализуется.

Задачами заявляемого изобретения являются создание способа определения места однофазного замыкания на землю в сетях 6-10 кВ с изолированной нейтралью, в котором устранены недостатки прототипа.

Техническим результатом изобретения является повышение надёжности и точности определения места повреждения в воздушной ЛЭП, уменьшение стоимости оборудования за счет регистрации установившегося процесса и исключения необходимости синхронизации регистрирующих устройств во времени.

При ОЗЗ в сетях 6-10 кВ с изолированной нейтралью линия может находиться в работе относительно длительное время (согласно Правилам Устройства Электроустановок), что позволяет рассматривать установившийся, а не переходной процесс, это значительно уменьшает габариты устройств для измерения напряжения и не требует их синхронизации во времени.

Технический результат достигается тем, что в способе определения места однофазного замыкания на землю в сетях 6-10 кВ с изолированной нейтралью, заключающемся в том, что с помощью устройств для измерения напряжения фиксируют значения фазного напряжения в начале и по концам ЛЭП, отличающийся тем, что регистрируют значения напряжений поврежденной фазы в установившемся режиме, сигналы передают на диспетчерский пункт, где их совместно обрабатывают по дифференциальному способу, согласно которому заранее моделируется исследуемая линия в программе Matlab Simulink и зависимость:

L=f(U1-U2),

где L-это расстояние до ОЗЗ от начала линии (км), U1-значение напряжения поврежденной фазы в установившемся режиме в начале линии, U2, U3 и т.д. - значение напряжения поврежденной фазы в установившемся режиме по концам линии, и подставляя измеренные значения в уравнения, определяется на каком ответвлении произошло замыкание и каково расстояние до него от начала линии.

Заявляемый способ осуществляется следующим образом.

Способ определения места однофазного замыкания на землю в сетях 6-10 кВ с изолированной нейтралью осуществляется многосторонней (в начале и по концам каждой ЛЭП) фиксацией аварийного сигнала с применением устройств контроля напряжения. Установленные в начале и по концам ЛЭП на всех фазных проводах устройства контроля напряжения в установившемся режиме измеряют фазное напряжение поврежденной фазы при однофазном замыкании на землю, которые передают на диспетчерский пункт, где их совместно обрабатывают по дифференциальному способу. Для каждой пары устройств контроля напряжения, местоположение которых известно заранее, промоделированные значения напряжений поврежденной фазы в каждой точке ЛЭП с помощью программы Matlab Simulink используют для составления уравнения вида:

L=f(U1-U2),

где L-это расстояние до ОЗЗ от начала линии (км), U1-значение напряжения поврежденной фазы в установившемся режиме в начале линии, U2, U3 и т.д. - значение напряжения поврежденной фазы в установившемся режиме по концам линии. Подставляя полученные сигналы в уравнения, можно определить на каком ответвлении произошло замыкание и каково расстояние до него от начала линии.

Сущность способа поясняется на фиг.1 (линия без ответвлений для наглядности), где ось абсцисс это расстояние L до ОЗЗ от начала линии в км, а ось ординат - разница напряжений в начале линии и на одном из её концов (U1-U2).

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет определять место однофазного замыкания на землю в сетях 6-10 кВ с изолированной нейтралью с высокой надежностью за счет измерений в установившемся режиме, точностью за счёт применения дифференциального метода, и с уменьшением стоимости оборудования за счет исключения необходимости синхронизации регистрирующих устройств во времени.

Формула изобретения

Способ определения места однофазного замыкания на землю в сетях 6-10 кВ с изолированной нейтралью, заключающийся в том, что с помощью устройств для измерения напряжения фиксируют значения фазного напряжения в начале и по концам ЛЭП, отличающийся тем, что регистрируют значения напряжений поврежденной фазы в установившемся режиме, сигналы передают на диспетчерский пункт, где их совместно обрабатывают по дифференциальному способу, согласно которому заранее моделируется исследуемая линия в программе Matlab Simulink и зависимость:

L=f(U1-U2),

где L - это расстояние до ОЗЗ от начала линии (км), U1 - значение напряжения поврежденной фазы в установившемся режиме в начале линии, U2, U3 и т.д. - значение напряжения поврежденной фазы в установившемся режиме по концам линии, и, подставляя измеренные значения в уравнения, определяется, на каком ответвлении произошло замыкание и каково расстояние до него от начала линии.

Изобретение "Способ определения места однофазного замыкания на землю в сетях 6-10 кВ с изолированной нейтралью" (Козлов Владимир Константинович, Киржацких Елена Ринатовна) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога