Способ идентификации вида замыкания в линии электропередачи

Способ идентификации вида замыкания в линии электропередачи

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Способ, предложенный в настоящем изобретении, относится к критерию идентификации вида замыкания в линии электропередачи. Более конкретно, способ относится к критерию идентификации, применимому для линий электропередачи с множеством параллельных цепей.

Уровень техники

Линия электропередачи с множеством параллельных цепей является линией электропередачи, в которой по меньшей мере две цепи расположены на опорах линии электропередачи. В случае двух цепей, количество видов замыканий достигает 120, и их характеристики отличаются друг от друга. В случае четырех и более цепей количество видов замыканий существенно больше. На данный момент не существует эффективного способа или критерия, позволяющего отличить признаки замыкания для линий электропередачи с двумя цепями и линий электропередачи с множеством цепей. Обычный критерий измерения величины напряжения на контактном выводе, используемый для линии с одной цепью, не подходит из-за влияния напряжения электромагнитного соединения. Более того, обычный критерий измерения напряжения на контактном выводе для одной цепи может дать неверную оценку для устойчивого замыкания с переходным сопротивлением.

Существенная особенность линий с множеством параллельных цепей заключается в большом влиянии индуктивного и емкостного соединения между разными линиями, многообразии видов замыкания и в сложном характере изменения напряжения восстановления для отключенной поврежденной фазы. Следовательно, в линии электропередачи с множеством параллельных цепей сложно отличить неустойчивое замыкания от устойчивого замыкания и на данный момент не существует практического способа сделать это.

На данный момент, основные критерии или способы адаптивного повторного включения для одной цепи, используемые на практике, содержат критерий величины напряжения и критерий компенсации напряжения. Обычный критерий для однофазного адаптивного повторного включения использует напряжение отключенной фазы как заданное значение и напряжение электромагнитного соединения как значение порога для различения вида повреждения. В некоторых условиях это ведет к определенным ограничениям, а именно, большим ошибкам, низкой чувствительности и узкому кругу применения. Соответственно, учитывая сложность возможных признаков замыкания в линии электропередачи с множеством параллельных цепей, критерии, используемые для одной цепи, не подходят для идентификации вида замыкания в линии с множеством параллельных цепей.

Настоящее изобретение предлагает критерии и схему повторного включения на основе технического руководства для защитного реле и повторного включения параллельных линий электропередачи, выпущенного State Grid Corporation для двухцепных линий. Полное содержание вышеуказанного технического руководства использовано при описании настоящего изобретения в качестве ссылки.

Сущность изобретения

Предметом настоящего изобретения является эффективная и точная идентификация вида замыкания в линии электропередачи с одной цепью и с множеством параллельных цепей.

В линии электропередачи с множеством параллельных цепей, большая часть замыканий относится к замыканиям в одной линии или замыканиям в двух линиях. Вероятность замыкания в трех или более линиях является низкой. Настоящее изобретение предлагает способ идентификации вида замыкания в двойной линии или одиночной линии. Предложенный способ идентификации вида замыкания может быть применен к любой одиночной линии или двойной линии в системе линий электропередачи с множеством параллельных цепей.

Критерий, предложенный в настоящем изобретении, использует электрические параметры на обоих концах и местоположение замыкания для вычисления напряжения в месте замыкания. Критерий использует напряжение в месте замыкания для оценки признака замыкания. Данный критерий обходит ограничения, когда обычный критерий величины напряжения может быть легко подвержен влиянию напряжения электромагнитного соединения. Для всех видов замыкания в двойной линии или одиночной линии, данный критерий может быть использован для адаптивных схем повторного включения. Для определения замыкания на землю, заданное значение для критерия использует плавающий порог на основе напряжения в месте замыкания во время возникновения устойчивого замыкания с максимальным переходным сопротивлением. Это гарантирует правильность оценки устойчивых замыканий с переходным сопротивлением. Данный критерий учитывает разное время гашения вторичной дуги замыкания на землю и вторичной дуги замыкания фаза-фаза.

Данные критерии используют для отличия неустойчивых замыканий от устойчивых замыканий и повторного включения разомкнутых предохранителей за короткий промежуток времени для обеспечения безопасности и стабильной работы энергосистемы. Данные критерии обеспечивают точные быстрые адаптивные настройки для различных видов замыканий. Данные критерии гарантируют правильность определения устойчивого замыканий с переходящим сопротивлением.

Отличие между критериями, предложенными в настоящем изобретении, и используемыми на данный момент времени, состоит в следующем: для определения вида замыкания используют напряжение в месте замыкания, в то время как обычные критерии используют напряжение на контактном выводе; предложенный критерий позволяет отличить неустойчивое замыкание от устойчивого замыкания в двойной линии электропередачи; для любых видов замыканий, предложенный критерий оценки позволяет применить адаптивные схемы повторного включения, в то время как обычные критерии предполагают замыкания в одной фазе; предложенные критерии учитывают влияние переходного сопротивления, в то время как обычные критерии его не учитывают; а также предложенные критерии учитывают разницу времени гашения вторичной электрической дуги на землю и вторичной электрической дуги фаза-фаза.

Преимущества настоящего изобретения состоят в следующем: сложные виды замыканий в линии с двумя цепями были подвергнуты полному теоретическому анализу и практической проверки, чтобы показать точность и достоверность предложенных критериев; предложенные критерии преодолевают проблемы критерия величины напряжения, используемые для одиночных линий; предложенные критерии преодолевают ограничения, в которых на обычный критерий измерения величины напряжения на контактном выводе влияет напряжение электромагнитного соединения; предложенные критерии гарантируют правильность оценки устойчивых замыканий с переходящем сопротивлением; предложенные критерии принимают во внимание различное время гашения вторичной электрической дуги на землю и вторичной электрической дуги фаза-фаза; предложенный критерий анализирует воздействие ошибок местоположения замыкания и ошибок в параметрах линии, и предложенный способ увеличивает точность критерия посредством увеличения коэффициента достоверности; в настоящем изобретении предполагается последовательное повторное включение, и, следовательно, пропускная способность линии, может быть возобновлена в максимально короткое время.

Согласно одному аспекту настоящего изобретения предложен способ для идентификации вида замыкания в линии электропередачи, содержащий: вычисление напряжения в месте замыкания для мест замыкания на основе напряжения на контактном выводе и местоположение мест замыкания в линии электропередачи; установление, в качестве заданного значения, напряжения в месте замыкания, соответствующего максимальному переходному сопротивлению; сравнение с заданным значением напряжения в месте замыкания для точек замыкания; и идентификацию вида замыкания как устойчивого или неустойчивого на основе результата сравнения.

Предпочтительно, данный способ дополнительно содержит: линия электропередачи является линией электропередачи с множеством параллельных цепей; вычисление разницы напряжения для разных поврежденных фаз в линии электропередачи с множеством параллельных цепей; сравнение вычисленной разницы напряжения с порогом повреждения; и, на основе сравнения, идентификацию вида замыкания как устойчивого межфазного замыкания или неустойчивого межфазного замыкания.

Предпочтительно, данный способ дополнительно содержит: одна из различных поврежденных фаз является отключенной фазой, а другая является повторно включенной фазой для случая замыкания в фазах с одним и тем же обозначением в линии электропередачи с множеством параллельных цепей.

Предпочтительно, данный способ дополнительно содержит: обе две различные поврежденные фазы являются отключенными фазами для случая замыкания в фазах с разными обозначениями в линии электропередачи с множеством параллельных цепей.

Предпочтительно, данный способ дополнительно содержит: идентификацию вида замыкания как устойчивого для случая, когда напряжение в месте замыкания меньше заданного значения, и идентификацию замыкания как неустойчивого замыкания, когда напряжение в месте замыкания больше заданного значения.

Предпочтительно, данный способ дополнительно содержит: вычисление заданного значения на основе напряжения и тока в поврежденной и исправной фазе; также как и матрицу коэффициентов уравнения однородной линии электропередачи.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения, предложен способ идентификации вида замыкания в линии электропередачи, отличающийся тем, что содержит: вычисление напряжения в месте замыкания для точек замыкания на основе напряжения на контактном выводе; установку заданного значения, зависящего от вида замыкания, на основе напряжения емкостного соединения; сравнение напряжения в месте замыкания с заданным значением; и идентификацию замыкания, на основе результата сравнения, как устойчивого или неустойчивого.

Предпочтительно, данный способ дополнительно содержит: линия электропередачи является линией электропередачи с множеством параллельных цепей; идентификацию вида замыкания как устойчивого в случае, когда напряжение в месте замыкания меньше заданного значения; и идентификацию вида замыкания как неустойчивого, когда напряжение в месте замыкания больше заданного значения.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения, предложена компьютерная программа для идентификации вида замыкания в линии электропередачи, данную программу загружают во внутреннюю память процессора, и данная программа содержит код компьютерной программы, которая, при загрузке во внутреннюю память, реализует способ, описанный выше.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения, предложен контроллер идентификации вида замыкания для идентификации вида замыкания в линии электропередачи, отличающийся тем, что содержит: блок вычисления для вычисления напряжения в месте замыкания на основе напряжения на контактном выводе и местоположения замыканий в линии электропередачи с множеством параллельных цепей; блок установки заданного значения для установки, в качестве заданного значения, напряжения в месте замыкания, вычисленного в соответствии с максимальным переходным сопротивлением; блок сравнения, сравнивающий для точек замыканий напряжение в месте замыкания с заданным значением; и блок идентификации для идентификации вида замыкания как устойчивого или неустойчивого на основе результата сравнения.

Предпочтительно, контроллер дополнительно содержит: блок вычисления, который дополнительно вычисляет разницу напряжения для разных поврежденных фаз; блок сравнения, дополнительно сравнивающий вычисленную разницу напряжений с порогом, зависящим от вида замыкания; и блок идентификации, который дополнительно, на основе результата сравнения, идентифицирует вид замыкания как устойчивое межфазное замыкание или неустойчивое межфазное замыкание.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения, предложен контроллер идентификации вида замыкания для идентификации вида замыкания в линии электропередачи, отличающийся тем, что содержит: блок вычисления для вычисления напряжения в месте замыкания для точек замыкания на основе напряжения на контактном выводе; блок установки заданного значения, устанавливающий заданное значение, зависящее от вида замыкания, на основе напряжения емкостного соединения; блок сравнения, сравнивающий напряжение в месте замыкания для точек замыкания с заданным значением; и блок идентификации для идентификации вида замыкания, на основе результата сравнения, как устойчивого или неустойчивого.

Краткое описание чертежей

Дополнительные варианты осуществления, преимущества и применение настоящего изобретения раскрыты в нижеследующем описании, а также прилагаемых фиг.1-11, среди которых:

фиг.1 - блок-схема многофазового замыкания на землю для переходного сопротивления;

фиг.2 - блок-схема эквивалентной цепи Тевенена для линии электропередачи в месте замыкания при замыкании на землю с переходным сопротивлением;

фиг.3 - блок-схема анализа цепи с эффектом электромагнитного соединения;

фиг.4 - блок-схема типовой системы линии электропередачи с двумя цепями;

фиг.5 - блок-схема адаптивного критерия идентификации и схемы повторного включения для замыкания IAG;

фиг.6 - блок-схема адаптивного критерия идентификации и схемы повторного включения для замыкания IABG;

фиг.7 - блок-схема адаптивного критерия идентификации и схемы повторного включения для замыкания IAIIAG;

фиг.8 - блок-схема адаптивного критерия идентификации и схемы повторного включения для замыкания IAIIBG;

фиг.9 - блок-схема адаптивного критерия идентификации и схемы повторного включения для замыкания IABIIAG;

фиг.10 - блок-схема адаптивного критерия идентификации и схемы повторного включения для замыкания IABIICG;

фиг.11 - блок-схема адаптивного критерия идентификации и схемы повторного включения для замыкания IABIIBCG;

Варианты осуществления настоящего изобретения

Для поддержания стабильности системы и пропускной способности необходима схема отключения параллельных линий электропередачи с двойными цепями, расположенных на одной опоре, такая, чтобы количество исправных фаз оставалось как можно большим, особенно в случае квазиполнофазной работы. В случае обычного подхода, при замыкании одной фазы отключается поврежденная фаза, а случае многофазного замыкания отключаются все три фазы. Однако в настоящем изобретении поврежденные фазы отключаются пофазно. Таким образом, если количество разных фаз, оставшихся в двух линиях, составляет по меньшей мере две, то отключаются только все поврежденные фазы. Если остается только одна исправная фаза или две фазы с одинаковым обозначением, то все фазы в линии с двумя цепями будут отключены. При этом, в случае множества фаз, большее количество фаз может продолжать работать, что делает импеданс трансформации между генератором и системой намного меньше, и уменьшает неиспользованную переходную энергию в процессе повторного включения.

Предложенный критерий основан на модели однородной линии электропередачи; в отличие от обычного подхода, использующего только напряжение на контактном выводе, данная модель использует напряжение на контактном выводе и местоположение замыкания для вычисления напряжения в месте замыкания. Когда происходит замыкание на землю, то сначала сравнивают с заданным значением произведение суммы напряжения отключаемой фазы в месте замыкания и коэффициента, с тем чтобы установить, произошло ли гашение вторичной дуги на землю, а затем устанавливают, произошло ли гашение вторичной дуги между фазами. В данном случае, вторичная дуга является дугой, вызванной дребезгом контактов. Первая дуга возникает при замыкании контактов. Вторая дуга возникает при последующем дребезге контактов.

В случае замыканий ветвей между фазами, предлагаются два способа для определения, погасла ли вторичная дуга между фазами на пересекающихся линиях, а затем осуществляется повторное включение разомкнутого выключателя в соответствии различными видами замыкания согласно схеме повторного включения. Данная процедура для идентификации вида замыкания имеет следующие три основных части:

- вычисление заданного значения в реальном масштабе времени;

- вычисление напряжения в месте замыкания и

- идентификация вида замыкания на основе сравнения вычисленного напряжения в месте замыкания и заданного значения.

Далее описаны подробные операции для каждой части.

Вычисление напряжения в месте замыкания

Описанный ниже способ позволяет вычислить напряжение в месте замыкания для определения, произошло ли устойчивое замыкание или неустойчивое замыкание.

Сначала вектор напряжения на контактном выводе и вектор тока преобразуют в модуль посредством преобразования фазовой модели. Для простоты вычислений, в настоящем изобретении используется преобразование Карранбауер. Матрица преобразования приведена ниже:

S = 1 6 [ 1 1 1 1 1 1 1 − 1 0 1 − 1 0 1 0 − 1 1 0 − 1 1 1 1 − 1 − 1 − 1 1 − 1 0 − 1 1 0 1 0 − 1 − 1 0 1 ]                                                                       ( C − 1 )

S − 1 = [ 1 1 1 1 1 1 1 − 2 1 1 − 2 1 1 1 − 2 1 1 − 2 1 1 1 − 1 − 1 − 1 1 − 2 1 − 1 2 − 1 1 1 − 2 − 1 − 1 2 ]                                                                 ( C − 2 )

Матричное преобразование напряжения и тока приведено ниже:

U ˙ T F = S U ˙ I − I I                             ( C − 3 )

I ˙ T F = S I ˙ I − I I                             ( C − 4 )

где

U ˙ I − П = [ U ˙ 1 A U ˙ 1 B U ˙ 1 C U ˙ П А U ˙ П В U ˙ П С ] T

U ˙ T F = [ U ˙ T 0 U ˙ T α U ˙ T β U ˙ F 0 U ˙ F α U ˙ F β ] T

I ˙ I − П = [ I ˙ 1 A I ˙ 1 B I ˙ 1 C I ˙ П А I ˙ П В I ˙ П С ] T

I ˙ T F = [ I ˙ T 0 I ˙ T α I ˙ T β I ˙ F 0 I ˙ F α I ˙ F β ] T

Матричное преобразование импеданса является следующим:

Z T F = S − 1 Z S                       ( C − 5 )

После преобразования, матрица импеданса при полном разъединении является следующей:

Z T F = d i a g [ Z T 0 Z T α Z T β Z F 0 Z F α Z F β ]                       ( C − 6 )

где,

Z T 0 = Z S + 2 Z M + 3 Z M 0 '

Z F 0 = Z S + 2 Z M − 3 Z M '

Z_Tα=Z_S-Z_M

Z_Fα=Z_S-Z_M

Z_Tβ=Z_S-Z_M

Z_Fβ=Z_S-Z_M

и Z_S - собственно реактивное сопротивление; Z_M - взаимное межфазовое реактивное сопротивление в одной цепи; и

Z M ' - взаимное реактивное сопротивление между двумя цепями.

Матричное преобразование полной проводимости является следующим:

После трансформации матрица полной проводимости при полном разъединении является следующей:

C_s - емкость на землю, C_m - межфазная емкость; и

C m ' - емкость между линиями.

Постоянная распространения различных модулей является следующей:

γ T 0 = Z T 0 Y T 0 , γ T α = Z T α Y T α , γ T β = Z T β Y T β

γ F 0 = Z F 0 Y F 0 , γ F α = Z F α Y F α , γ F β = Z F β Y F β

Волновое сопротивление различных модулей является следующим:

Z c T 0 = Z T 0 / Y T 0 , Z c T α = Z T α / Y T α , Z c T β = Z T β / Y T β

Z c F 0 = Z F 0 / Y F 0 , Z c F α = Z F α / Y F α , Z c F β = Z F β / Y F β

При возникновении замыкания ток и напряжение на контактном выводе известны, при этом lm - расстояние от мести замыкания до контактного вывода m. Ток и напряжение в месте замыкания могут быть вычислены посредством нижеследующих уравнений. Необходимо заметить, что этот критерий необходим только для вычисления напряжения в месте замыкания.

Когда ток и напряжение на контактном выводе n известны, напряжение и ток в месте замыкания могут быть вычислены аналогичным способом.

При преобразовании напряжения в месте замыкания с использованием обратного преобразования Карранбауер, напряжение в месте замыкания для каждой фазы выражается следующим образом:

U ˙ f I − I I = S − 1 ⋅ U ˙ f T F                                       ( C − 11 )

В случае линии электропередачи с электрическим шунтирующим реактором, ток может протекать через шунтирующий реактор. В этом случае ток, используемый для вычисления напряжения в месте замыкания, является разностью между током, протекающим через контактный вывод, и током, протекающим через электрический шунтирующий реактор. В этом случае уравнение может быть следующим:

Ток, протекающий через другой контактный вывод, например, контактный вывод n, может быть вычислен аналогичным способом. Подставляя ток, вычисленный в вышеприведенных уравнениях, в уравнения С-9 и С-10, может быть вычислено напряжение в месте замыкания линии электропередачи с шунтирующим электрическим реактором.

В качестве альтернативы, напряжение в месте замыкания может быть оценено на основе напряжения на контактном выводе. В некоторых случаях, когда не требуется высокая точность вычисления, напряжение на контактном выводе может быть использовано как соответствующее напряжению в месте замыкания, что экономит время для вычисления фактического напряжения в месте замыкания.

Вычисление заданного значения в реальном времени

После отключения поврежденной фазы, вид замыкания имеет небольшое влияние на напряжение исправной фазы. Предполагается, что произошло неустойчивое замыкание в линии электропередачи, и вторичная дуга угасла. Тогда используется напряжение на контактном выводе исправной фазы и ток на контактном выводе поврежденной фазы, который равен нулю, в качестве известной величины, и используют однородное уравнение линии электропередачи для вычисления тока исправной фазы и напряжения поврежденной фазы в соответствии со следующим условием.

[ U ˙ m G Z ' U ˙ m J Q I m G Z ' I ˙ m J Q ] = [ T L ] [ U ˙ n G Z ' U ˙ n J Q I ˙ n G Z I ˙ n J Q ' ]                   ( C − 13 )

U ˙ m J Z ' - матрица-столбец напряжения на поврежденной фазе контактного вывода m, U ˙ m G Q ' - матрица-столбец напряжения на исправной фазе контактного вывода m; I m G Z ' - матрица-столбец тока в поврежденной фазе контактного вывода m; I m J Q ' - матрица-столбец тока в исправной фазе контактного вывода m.

Переменные матрицы-столбца в правой части уравнения (С-13) имеют аналогичный смысл. [TP] - матрица коэффициентов для уравнения однородной линии электропередачи для всей длины линии.

Преобразованное уравнение (С-13) является следующим (С-14);

[ U ˙ m G Z ' ,   I ˙ m J Q ' , U ˙ n G Z ' , I ˙ n J Q ' ] = [ T P ] [ I ˙ m G Z , U ˙ m J Q , I ˙ n G Z , U ˙ n J Q ]                   ( C − 14 )

В левой стороне уравнения находятся неизвестные величины, в то время как в правой части находятся известные величины. [TP] - матрица коэффициентов преобразования.

В случае неустойчивого замыкания, напряжение в месте замыкания после угасания вторичной дуги может быть вычислено с использованием известного напряжения на исправной фазе контактного вывода m, известной величины тока на контактном выводе m поврежденной фазы, вычисленного напряжения на контактном выводе m поврежденной фазы и вычисленного тока на контактном выводе m исправной фазы. Способ вычисления аналогичен вышеприведенному способу (С-13):

[ U ˙ f G Z , U ˙ f J Q , I f G Z , I ˙ f J Q ] = [ T l ] [ U ˙ m G Z ' , U ˙ m J Q , I ˙ m G Z ' , I ˙ m J Q ]                   ( C − 15 )

[TL] - матрица коэффициентов уравнения однородной линии электропередачи для участка от контактного вывода m до места замыкания. U_fGZ - обозначает напряжение в месте замыкания для случая неустойчивого замыкания и вычисляется в реальном масштабе времени. Вычисление других коэффициентов для заданного значения будет подробно описано далее.

Аналогично вышеприведенным вычислениям напряжения в месте замыкания, при вычислении напряжения в месте замыкания для неустойчивого замыкания в линии электропередачи с шунтирующим реактором,