Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ ПО МАССИВАМ МГНОВЕННЫХ ЗНАЧЕНИЙ ТОКОВ И НАПРЯЖЕНИЙ

Изобретение относится к области электротехники, а именно средствам обработки информации в электротехнике, и может быть использовано для определения места короткого замыкания на воздушной линии электропередачи (ЛЭП).

Известен способ одностороннего определения места короткого замыкания на воздушной ЛЭП по массивам мгновенных значений токов и напряжений [Гриб О.Г., Светелик Г.А., Калюжный Д.Н. Автоматизированные методы и средства определения мест повреждения линий электропередачи - Харьков: ХГАГХ. 2003. - 146 с.], заключающийся в том, что решают уравнение петли короткого замыкания относительно расстояния до места повреждения, составленного по мгновенным значениям токов и напряжений аварийного режима. Для определения мгновенного значения междуфазного напряжения используют выражение:

,

где i_AB=i_A-i_B - мгновенное значение тока со стороны ЛЭП, где производится измерение;

L и r - удельные индуктивность и активное сопротивление единицы длины системы «провод-провод» (прямой последовательности в расчете на два провода):

k - коэффициент, учитывающий падение напряжения на переходном сопротивлении оттока i'_AB с противоположного конца ЛЭП;

; ; .

Измеряя ток i_AB и напряжение u_AB, вычисляя производную тока для двух произвольных моментов времени t₁ и t₂, получают u_AB1, u_AB2, v₁, v₂, w₁, w₂ в двух уравнениях:

u_AB1=xv₁+lw₁;

u_AB2=xv₂+lw₂.

Решение уравнений относительно неизвестных x и l позволяет найти искомое расстояние до места повреждения:

.

При определении места повреждения с помощью указанного способа достаточным условием является фиксация мгновенного значения тока для момента перехода его через нуль, то есть при условии, что i_AB=0, v=0, тогда:

,

.

Недостатком данного способа является частая возможность несовпадения тока i'_AB по фазе с током i_AB, вследствие чего коэффициент k и параметр x в два фиксированных момента времени будут иметь различные значения, что приведет к погрешности определения расстояния до места повреждения l.

Задачей изобретения является разработка способа, позволяющего более точно определять место короткого замыкания на воздушной линии электропередачи.

Поставленная задача решена за счет того, что способ определения места короткого замыкания на воздушной линии электропередачи осуществляют по массивам мгновенных значений токов и напряжений.

Согласно изобретению в режиме короткого замыкания измеряют массивы мгновенных значений сигналов напряжений и токов трех фаз в начале , , , , , и в конце , , , , , линии для одних и тех же моментов времени t_j=t₁,t₂,…,t_N с дискретностью массивов мгновенных значений

,

где Т - период сигнала напряжения/тока,

N - число разбиений на периоде T.

Передают сигналы с конца линии в ее начало по каналу связи. Сохраняют пары цифровых отсчетов как текущие. Осуществляют сдвиг сигналов фазы B на угол 120 градусов и фазы C на угол 240 градусов. Далее одновременно определяют массивы мгновенных значений симметричных составляющих напряжений и токов в начале и конце линии и соответствующие им векторные значения U _A1,1, I _A1,1, U _A1,2, I _A1,2. Затем определяют расстояние до места короткого замыкания l₁ из выражения:

,

где γ ₀=α₀+jβ₀ - коэффициент распространения электромагнитной волны.

где α₀ - коэффициент затухания электромагнитной волны,

β₀ - коэффициент изменения фазы электромагнитной волны,

Z _B - волновое сопротивление линии,

l - длина линии.

Предложенный способ позволяет более точно определять место короткого замыкания за счет учета распределенности параметров воздушной линии электропередачи и использования в качестве исходных данных массивов мгновенных значений токов и напряжений, измеренных на обоих концах линии, что исключает влияние переходного сопротивления в месте короткого замыкания на точность определения места повреждения.

На фиг.1 представлена структурная схема реализации способа определения места короткого замыкания на воздушной линии электропередачи.

На фиг.2 показана аппаратная схема блока устройства, реализующего рассматриваемый способ определения места короткого замыкания на воздушной линии электропередачи.

В таблице 1 приведены цифровые отсчеты мгновенных значений сигналов напряжении и токов всех трех фаз в начале линии , , , , , .

В таблице 2 приведены цифровые отсчеты мгновенных значений сигналов напряжений и токов всех трех фаз в конце линии , , , , , .

В таблицах 2, 4, 5, 6 приведены промежуточные результаты расчета места короткого замыкания на воздушной линии электропередачи.

В таблице 7 представлены реальное и определенное предложенным способом значения расстояния до места короткого замыкания, а также погрешность определения места короткого замыкания.

Способ может быть осуществлен с помощью устройства для определения места короткого замыкания на воздушной линии электропередачи, представленного на фиг.1. В начале и в конце линии электропередачи 1 (ЛЭП) установлены регистраторы аварийных процессов (на фиг.1 не показаны). Регистраторы аварийных процессов через каналы связи связаны с системой сбора и обработки информации, которая обычно расположена в начале линии электропередачи 1 (ЛЭП). Устройство для определения места короткого замыкания на воздушной линии электропередачи содержит блок расчета параметров короткого замыкания 2, вход которого связан с началом линии электропередачи 1 (ЛЭП) и через канал связи 3 с ее концом. Выход блока расчета параметров короткого замыкания 2 подключен к 4 ЭВМ.

Блок расчета параметров короткого замыкания 2 (фиг.2) состоит из двенадцати устройств выборки и хранения 5 (УВХ 1), 6 (УВХ 2), 7 (УВХ 3), 8 (УВХ 4), 9 (УВХ 5), 10 (УВХ 6), 11 (УВХ 7), 12 (УВХ 8), 13 (УВХ 9), 14 (УВХ 10), 15 (УВХ 11), 16 (УВХ 12), входы которых подключены к регистраторам аварийных процессов. К выходу первого устройства выборки-хранения 4 (УВХ 1) последовательно подключены первый 17 (П 1), второй 18 (П 2) и третий 19 (П 3) программаторы. К выходам второго 6 (УВХ 2) и третьего 7 (УВХЗ) устройств выборки-хранения подключены соответственно четвертый 20 (П 4) и пятый 21 (П 5) программаторы, выходы которых подключены к первому программатору 17 (П 1).

К выходу четвертого устройства выборки-хранения 8 (УВХ 4) последовательно подключены шестой 22 (П 6), седьмой 23 (П 7) и третий 19 (П 3) программаторы. К выходам пятого 9 (УВХ 5) и шестого 10 (УВХ 6) устройств выборки-хранения подключены соответственно восьмой 24 (П 8) и девятый 25 (П 9) программаторы, выходы которых подключены к шестому программатору 22 (П 6).

К выходу седьмого устройства выборки-хранения 11 (УВХ 7) последовательно подключены десятый 26 (П 10), одиннадцатый 27 (П 11) и третий 19 (П 3) программаторы. К выходам восьмого 12 (УВХ 8) и девятого 13 (УВХ 9) устройств выборки-хранения подключены соответственно двенадцатый 28 (П 12) и тринадцатый 29 (П 13) программаторы, выходы которых подключены к десятому программатору 26 (П 10).

К выходу десятого устройства выборки-хранения 14 (УВХ 10) последовательно подключены четырнадцатый 30 (П 14), пятнадцатый 31 (П 15) и третий 19 (П 3) программаторы. К выходам одиннадцатого 15 (УВХ 11) и двенадцатого 16 (УВХ 12) устройств выборки-хранения подключены соответственно шестнадцатый 32 (П 16) и семнадцатый 33 (П 17) программаторы, выходы которых подключены к четырнадцатому программатору 30 (П 14).

Выход третьего программатора 19(П 3) подключен к 4 ЭВМ (фиг.1).

Все устройства выборки-хранения хранения 5 (УВХ 1), 6 (УВХ 2), 7 (УВХ 3), 8 (УВХ 4), 9 (УВХ 5), 10 (УВХ 6), 11 (УВХ 7), 12 (УВХ 8), 13 (УВХ 9), 14 (УВХ 10), 15 (УВХ 11) и 16 (УВХ 12) могут быть реализованы на микросхемах 1100СК2. Все программаторы 17 (П 1), 18 (П 2), 19 (П 3), 20 (П 4), 21 (П 5), 22 (П 6), 23 (П 7), 24 (П 8), 25 (П 9), 26 (П 10), 27(П 11), 28(П 12), 29(П 13), 30 (П 14), 31 (П 15) могут быть выполнены на микроконтроллере серии 51 производителя atmel AT89S53. Для работы пользователя может быть предусмотрена кнопочная клавиатура FT008, имеющая 8 кнопок, предназначенных для включения питания, запуска измерения, сохранения полученных значений, и сегментный индикатор SCD55100 для вывода рассчитанного места короткого замыкания воздушной линии электропередачи.

В качестве примера способа определения места короткого замыкания на воздушной линии электропередачи рассматривается однофазное короткое замыкание на расстоянии l₁=200 км воздушной ЛЭП, напряжением 500 кВ протяженностью 600 км, выполненная проводом АС - 500/64.

Посредством регистраторов аварийных процессов измеряют в режиме короткого замыкания мгновенные значения сигналов напряжений и токов всех трех фаз в начале , , , , , (табл.1) и в конце , , , , , (табл.2) линии для одних и тех же моментов времени t_j=t₁,t₂,…,t_N с дискретностью массивов мгновенных значений

где T - период сигнала напряжения/тока,

N - число разбиений на периоде T.

Сигналы с конца линии , , , , , передают в ее начало по каналу связи. Далее сигналы , , , , , поступают соответственно на входы первого 5 (УВХ 1), второго 6 (УВХ 2), третьего 7 (УВХ 3), четвертого 8 (УВХ 4), пятого 9 (УВХ 5), шестого 10 (УВХ 6), седьмого 11 (УВХ 7), восьмого 12 (УВХ 8), девятого 13 (УВХ 9), десятого 14 (УВХ 10), одиннадцатого 15 (УВХ 11) и двенадцатого 16 (УВХ 12) устройств выборки и хранения блока расчета параметров короткого замыкания 2 (фиг.2), где их записывают и хранят как текущие.

Затем одновременно с выходов второго 6 (УВХ 2), пятого 9 (УВХ 5), восьмого 12 (УВХ 8) и одиннадцатого 15 (УВХ 11) устройств выборки-хранения сигналы u_B1(t_j), i_B1(t_j), u_B2(t_j) и i_B2(t_j) поступают, соответственно, на входы четвертого 20 (П 4), восьмого 24 (П 8), двенадцатого 28 (П 12) и шестнадцатого 32 (П 16) программаторов, где осуществляют их сдвиг на угол 120 градусов, и на выходах формируются, соответственно, сигналы: au_B1(t_j), ai_B1(t_j), au_B2(t_j), ai_B2(t_j) (табл.3).

Далее одновременно с выходов третьего 7 (УВХ 3), шестого 10 (УВХ 6), девятого 13 (УВХ 9) и двенадцатого 16 (УВХ 12) устройств выборки-хранения сигналы u_C1(t_j), i_C1(t_j), u_C2(t_j) и i_C2(t_j) поступают, соответственно, на входы пятого 21 (П 5), девятого 25 (П 9), тринадцатого 29 (П 13) и семнадцатого 33 (П 17) программаторов, где осуществляют их сдвиг на угол 240 градусов, и на выходах формируются, соответственно сигналы: a²u_C1(t_j), a²i_C1(t_j), a²u_C2(t_j), a²i_C2(t_j) (табл.4).

Затем одновременно с выходов первого устройства выборки-хранения 5 (УВХ 1), четвертого 20 (П 4) и пятого 21 (П 5) программаторов сигналы u_A1(t_j), au_B1(t_j), a²u_C1(t_j), соответственно, поступают в первый программатор 17 (П 1), на выходе которого формируется массив мгновенных значений напряжения фазы А прямой последовательности в начале линии u_A11(t_j) (третий столбец таблицы 5):

.

Одновременно с выходов четвертого устройства выборки-хранения 8 (УВХ 4), восьмого 24 (П 8) и девятого 25 (П 9) программаторов сигналы i_A1(t_j), ai_B1(t_j), a²i_C1(t_j), соответственно, поступают в шестой программатор 22 (П 6), на выходе которого формируется массив мгновенных значений тока фазы А прямой последовательности в начале линии i_A11(t_j) (четвертый столбец таблицы 5):

.

Одновременно с выходов седьмого устройства выборки-хранения 11 (УВХ 7), двенадцатого 28 (П 12) и тринадцатого 29 (П 13) программаторов сигналы u_A2(t_j), au_B2(t_j), a²u_C2(t_j), соответственно, поступают в десятый программатор 26(11 10), на выходе которого формируется массив мгновенных значений напряжения фазы A прямой последовательности в конце линии u_A12(t_j) (пятый столбец таблицы 5):

.

Одновременно с выходов десятого устройства выборки-хранения 14 (УВХ 10), шестнадцатого 32 (П 17) и семнадцатого 33 (П 17) программаторов сигналы i_A2(t_j), ai_B2(t_j), a²i_C2(t_j), соответственно, поступают в четырнадцатый программатор 31 (П 14), на выходе которого формируется массив мгновенных значений тока фазы А прямой последовательности в конце линии iA₁₂(t_j) (шестой столбец таблицы 5):

.

Далее одновременно с выходов первого 17 (П 1), шестого 22 (П 6), десятого 26 (П 10) и четырнадцатого 30 (П 14) программаторов сигналы u_A11(t_j), i_A11(t_j), u_A12(t_j) и i_A12(t_j), соответственно, поступают во второй 18 (П 2), седьмой 23 (П 7), одиннадцатый 27 (П 11) и пятнадцатый 31 (П 15) программаторы, на выходе которых по формулам [Функциональный контроль и диагностика электротехнических и электромеханических систем и устройств но цифровым отсчетам мгновенных значений тока и напряжения / B.C. Аврамчук, Н.Л. Бацева, Е.И. Гольдштейн, И.Н. Исаченко, Д.В. Ли, А.О. Сулайманов, И.В. Цапко // Под ред. Е.И. Гольдштейна. Томск: Печатная мануфактора. 2003. - 240 с.] формируют соответствующие им векторные значения U _A11, I _A11, U _A12 и I _A12, (табл.6):

;

;

;

;

где f(tj)=1·sin(ωtj) - массив, совмещенный с осью отсчета,

- действующее значение массива.

Затем с выходов второго 18 (П 2), седьмого 23 (П 7), одиннадцатого 27(П 11) и пятнадцатого 31 (П 15) программаторов сигналы U _A11, I _A11, U _A12 и I _A12 соответственно, поступают на вход третьего программатора 19 (П 3), с помощью которого определяют расстояние до места короткого замыкания на воздушной линии l1 (табл.7):

,

l₁=200 км.

По результатам расчетов таблицы 7 видно, что расчетное расстояние до места короткого замыкания совпадает с реальным значением. Относительную погрешность ε вычисляли по формуле [Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник для инженеров и учащихся ВТУзов. - М.: Наука. 1980. - 976 с.]:

,

где а - расчетное значение расстояния до места короткого замыкания (является приближенным значением числа),

z - реальное значение (табл.7).

.