СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА ДУГОВОГО КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ ЛОКАЦИОННЫМ МЕТОДОМ

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системной автоматике и релейной защите, и предназначено для реализации в устройствах определения места повреждения линий электропередачи (ЛЭП), в устройствах контроля погасания дуги ЛЭП, измерительных органах дистанционной защиты.

Из существующего уровня техники известен [Шалыт Г.М. Определение мест повреждения линий электропередачи импульсными методами. - М.: Энергия, 1968. Куликов А.Л. Дистанционное определение мест повреждений ЛЭП методами активного зондирования. - М.: Энергоатомиздат, 2006] локационный способ определения расстояния до места короткого замыкания в распределительных сетях, принятый за прототип, который основан на измерении времени между моментом посылки в линию зондирующего электрического импульса t1 и моментом прихода в начало линии импульса, отраженного от места замыкания t2. Расстояние до места ОЗЗ находят как l3=v⋅(t2-t1)/2, где v - скорость распространения зондирующего импульса по линии.

После возникновения короткого замыкания релейная защита отключает линию с повреждением от источника питания, ток короткого замыкания падает до нуля, при этом электрическая дуга в месте короткого замыкания гаснет. После погасания дуги в месте повреждения, короткое замыкание может самоустранится. Поэтому необходимо автоматически запускать локационный процесс с момента возникновения короткого замыкания на линии электропередачи, что определяется пуском релейной защиты (без задержки на время уставки релейной защиты по времени), и посылать зондирующие импульсы до момента отключения линии электропередачи релейной защитой.

Кроме того, одно устройство локационного зондирования обычно обслуживает несколько линий электропередачи, отходящих от шин подстанции. Поэтому в устройстве локационного зондирования необходим коммутатор, который подключает устройство к той линии электропередачи, на которой после появления короткого замыкания сработала релейная защита.

Недостатком известного метода является то, что импульсы локационного зондирования посылаются в случайные (относительно фазы тока короткого замыкания) моменты времени. Но электрические параметры дуги в месте короткого замыкания (например, электрическое сопротивление дуги) зависят как от величины мгновенного значения тока дуги, так и от предыстории, от тока дуги в предыдущие моменты времени (за счет временных эффектов нарастания и спада плотности ионов в дуге, ионизации и деионизации в объеме дуги). Амплитуда отраженного импульса в методе локационного зондирования места короткого замыкания тем выше, чем больше электрическое сопротивление в месте короткого замыкания отличается от волнового сопротивления линии электропередачи. Поэтому оптимально посылать импульсы локационного зондирования в моменты минимального значения электрического сопротивления дуги в месте короткого замыкания.

От амплитуды тока дуги, от электрического напряжения на дуговом промежутке места короткого замыкания, зависит также и электрические шумы, создаваемые дугой, которые мешают точно определить место короткого замыкания. Поэтому оптимально посылать импульсы локационного зондирования в моменты минимального значения амплитуды шумов, создаваемых дугой в месте короткого замыкания.

Задачей изобретения является разработка способа определения места дугового короткого замыкания локационным методом, в котором устранены недостатки прототипа.

Техническим результатом изобретения является повышение точности определения места повреждения ЛЭП за счет использования информации о фазе тока дугового короткого замыкания, о мгновенном значении амплитуды тока дугового короткого замыкания и реализации ее динамической модели, учитывающей изменение электрических параметров места дугового короткого замыкания во времени.

Технический результат достигается тем, что в способе определения места дугового короткого замыкания локационным методом, непрерывно измеряют мгновенные значения силы тока и фазы тока линий электропередачи, процесс измерения запускается сигналом пуска релейной защиты, которая запускается в момент возникновения повреждения на данной линии электропередачи, на линию электропередачи, с которой пришел сигнал релейной защиты, воздействуют зондирующими импульсами, принимают отраженные от места повреждения импульсы, фиксируют время прихода импульса, отраженного от места повреждения, и определяют расстояние до места повреждения по интервалу времени между моментом зондирования и моментом прихода отраженного импульса, с учетом параметров данной линии электропередачи, согласно настоящему изобретению, по измеренным мгновенным значениям силы тока и фазы тока линий электропередачи определяют моменты минимального значения величины электрического сопротивления места дугового короткого замыкания, с которыми синхронизируют моменты формирования зондирующих линию электропередачи импульсов.

Способ реализуется следующим образом.

1. Непрерывно измеряют мгновенные значения силы тока I(t) и фазы тока ϕ(t) линий электропередачи, где t - текущее время. Под фазой тока в данном способе понимается фаза относительно момента времени to перехода значения силы тока I(t) от отрицательных на положительные значения. При этом момент времени to формируется каждый раз, формируя начало периода Т1~0,02 сек синусоидального тока частотой F1~50 Гц. При таких определениях величина фазы тока ϕ(t) по дочитывается по формуле:

ϕ(t)=360⋅(t-to)/T1 (фаза в градусах)

2. Процесс измерения расстояния до места повреждения запускается сигналом пуска релейной защиты, которая запускается в момент возникновения повреждения на данной линии электропередачи, сопровождаемого возникновением дугового замыкания в месте повреждения ЛЭП.

3. На линию электропередачи, с которой пришел сигнал релейной защиты, воздействуют зондирующими импульсами, принимают отраженные от места повреждения импульсы, фиксируют время прихода импульса, отраженного от места повреждения, и определяют расстояние до места повреждения по интервалу времени между моментом зондирования и моментом прихода отраженного импульса, с учетом параметров данной линии электропередачи.

4. Моменты формирования зондирующих линию электропередачи импульсов синхронизированы как с фазой тока ϕ(t) данной линии электропередачи, так и с предысторией мгновенных значений тока I(t) на данной линии электропередачи.

Открытая дуга переменного тока при коротких замыканиях на высоковольтных ЛЭП в моменты перехода тока короткого замыкания через ноль сохраняет высокую проводимость, и поэтому в установках высокого напряжения гашение открытой дуги происходит не вследствие перехода тока через ноль и образования прочности промежутка, а главным образом вследствие растяжения дугового столба и образования на нем высокого напряжения горения. При этом напряжение горения дуги при токах более (50-60) А не зависит от силы тока I(t), а только от длины дуги, изменяясь пропорционально ей.

Каждые пол периода (Т1)/2 на дуге переменного тока в установках высокого напряжения происходят следующие процессы.

• Вблизи моментов времени перехода тока дуги I(t) через ноль, вблизи фазы ϕ(t)~0° и ϕ(t)~180°, происходит частичная деионизация дугового объема, и увеличение электрического сопротивления дугового промежутка. При этом, за счет падения тока дуги, происходит уменьшение амплитуд электрических шумов, создаваемых дугой.

• В промежутках между (ϕ(t)~0° и ϕ(t)~180^o), (ϕ(t)~180° и ϕ(t)~360°) величина тока дуги I(t) возрастает по синусоидальному закону, и происходит накопление ионизации дугового объема, и пропорциональное уменьшение электрического сопротивления дугового промежутка. Для учета процессов ионизации дугового объема, зависящие от мощности, выделяемой в дуговом промежутке, и процессов деионизации, которые протекают непрерывно, необходимо проводить учет предыстории мгновенных значений тока I(t). Наиболее просто этот учет можно вести, непрерывно интегрируя во времени квадрат силы тока дуги I²(t), отвечающий за процесс ионизации, и процессы деионизации, в простейшем случае моделируемые некой постоянной константой. В такой модели сопротивление дугового промежутка R(t) может быть определено интегралом:

Где интегрирование (момент времени t=0) начинается в начале каждого полупериода (в моменты времени to, и to+T1/2), Ro - остаточное электрическое сопротивление дугового промежутка вблизи моментов времени перехода тока дуги I(t) через ноль. Константы модели а и b описывают процессы ионизации и деионизации.

• Моменты формирования зондирующих линию электропередачи импульсов могут выбираться по разным критериям. Для приоритета уменьшения амплитуд электрических шумов, создаваемых дугой, зондирующие импульсы формируют в моменты времени to, и to+T1/2. Для приоритета минимального электрического сопротивления дугового промежутка, зондирующие импульсы формируют в моменты минимального значения величины R(t).

Таким образом, предлагаемый способ определения места дугового короткого замыкания локационным методом позволяет повысить точность определения места повреждения ЛЭП за счет использования информации о фазе тока дугового короткого замыкания, о мгновенном значении амплитуды тока дугового короткого замыкания и реализации ее динамической модели, учитывающей изменение электрических параметров места дугового короткого замыкания во времени.