Способ определения места обрыва одной фазы воздушной линии электропередачи

Способ определения места обрыва одной фазы воздушной линии электропередачи

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области электротехники, а именно к средствам обработки информации в электротехнике, и может быть использовано для определения места обрыва одной фазы воздушной линии электропередачи.

Известен способ определения места обрыва одной фазы воздушной линии электропередачи [Ластовкин В.Д. Диагностика ВЛ 110-220 кВ под рабочим напряжением. Определение мест обрыва фазы // Новости ЭлектроТехники: Информ. - справ. изд. - 2010. - №2(62). - С.28-32], заключающийся в том, что на первом этапе выявляют признаки обрыва одной фазы, приведшего к отключению воздушной линии; на втором этапе включают ненагруженную воздушную линию под напряжение; на третьем этапе пофазно и в пулевом проводе измеряют емкостные токи, используя приборы, например, РЕТОМЕТР, ПАРМА-ВАФ или ВАФ-85, подключая их во вторичные цепи (с одного конца линии): на четвертом этапе определяют расстояние до места обрыва фазы.

Вторичный емкостный ток, измеренный на третьем этапе, приводят к первичному току через коэффициент трансформации трансформатора тока по выражению:

I_с.изм=I_с.изм·k_тт,

где I_с.изм - измеренный вторичный емкостный ток;

k_тт - коэффициент трансформации трансформатора тока.

Далее сравнивают его с расчетным емкостным током линии, определенным по формуле:

I_с.расч=I_с.уд.·L_линии,

где I_с.уд. - удельный емкостный ток линии (справочное данное);

L_линии - длина линии,

используя условие

I п р е д е л . и з м ≥ I с . и з м ≈ I с . у д . ⋅ U р а б . k т т ⋅ U н о м ⋅ L л и н и и

где U р а б . U н о м . - поправочный коэффициент по напряжению.

Затем с учетом прямопропорциональной зависимости емкостного тока от длины провода и условия, что при обрыве фазы емкостный ток поврежденной фазы I_с.п меньше емкостного тока неповрежденной фазы I_с.нп определяют расстояние до места обрыва по выражению:

L о б р ы в а = I с . п I с . н п L л и н и и

Далее результат расчета передается в службу линий, которая организует отыскание точного места обрыва одной фазы воздушной линии.

Недостатками способа являются его многоэтапность, неучет распределенности параметров линии электропередачи и низкая точность определения места обрыва фазы воздушной линии.

Известен способ определения места обрыва одной фазы воздушной линии электропередачи [RU 2455654, МПК G01R 31/08 (2006.01), опубл. 10.07.2012], выбранный в качестве прототипа, заключающийся в том, что производят мониторинг электрической сети расположенным на питающей сеть подстанции ведущим устройством, осуществляющим сканированием сети предварительный сбор информации о целостности сегментов сети путем опроса ведомых устройств. Ведомые устройства, расположенные на границах сети на каждом конце линии разветвленной сети, подают высокочастотные напряжения прямой последовательности на все три фазных провода линии электропередачи, сдвинутые по фазе друг относительно друга на 120°, а ведущее устройство принимает и записывает трехфазное высокочастотное напряжение, получаемое ведущим устройством от каждого ведомого устройства в отдельности, при этом при совместной обработке всех записанных трехфазных высокочастотных сигналов со всех ведомых устройств определяют место обрыва фазы воздушной линии электропередачи.

Недостатком способа является то, что определяется не точное место обрыва одной фазы, а лишь сегмент сети, где произошел обрыв фазы, а также неучет распределенности параметров линии электропередачи.

Задачей изобретения является разработка способа определения места обрыва одной фазы воздушной линии электропередачи по массивам мгновенных значений токов и напряжений, позволяющего более точно определять место обрыва.

Поставленная задача решена за счет того, что способ определения места обрыва одной фазы воздушной линии электропередачи также как и в прототипе основан на мониторинге электрической сети. Согласно изобретению измеряют массивы мгновенных значений сигналов напряжении и токов трех фаз в начале u A 1 ( t j ) | N j = 1 , u B 1 ( t j ) | N j = 1 , u C 1 ( t j ) | N j = 1 , i A 1 ( t j ) | N j = 1 , i B 1 ( t j ) | N j = 1 , i C 1 ( t j ) | N j = 1 и в конце u A 2 ( t j ) | N j = 1 , u B 2 ( t j ) | N j = 1 , u C 2 ( t j ) | N j = 1 , i A 2 ( t j ) | N j = 1 , i B 2 ( t j ) | N j = 1 , i C 2 ( t j ) | N j = 1 линии для одних и тех же моментов времени t_j=t₁, t₂, …, t_N с дискретностью массивов мгновенных значений

Δ t = T N

где T - 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 одноименных сигналов фаз B и C соответственно на углы 120° и 240°, далее одновременно определяют массивы мгновенных значений симметричных составляющих напряжений и токов прямой и обратной последовательностей фазы A в начале и конце линии и соответствующие им векторные значения U _A1,1, I _A1,1, U _A2,1, I _A2,1, U _A1,2, I _A1,2, U _A2,2, I _A2,2, затем определяют расстояние до места обрыва фазы l₁, по выражению:

l 1 = 1 γ _ 0 a r t h ( U _ A 1,1 − U _ A 2,1 − ( U _ A 1,2 − U _ A 2,2 ) c h ( γ _ 0 L ) − ( I _ A 1,2 − I _ A 2,2 ) Z _ B s h ( γ _ 0 L ) ( I _ A 1,1 − I _ A 2,1 ) Z _ B − ( U _ A 1,2 − U _ A 2,2 ) s h ( γ _ 0 L ) − ( I _ A 1,2 − I _ A 2,2 ) Z _ B c h ( γ _ 0 L ) )

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

α₀ - коэффициент затухания электромагнитной волны;

β₀ - коэффициент изменения фазы электромагнитной волны;

Z _B - волновое сопротивление линии;

L - длина линии.

Предложенный способ является более точным 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.

На фиг.1 представлена структурная схема реализации способа определения места обрыва фазы воздушной линии электропередачи.

На фиг.2 показана аппаратная схема блока устройства, реализующего рассматриваемый способ определения места обрыва одной фазы воздушной линии электропередачи.

В таблице 1 приведены цифровые отсчеты мгновенных значений сигналов напряжений и токов трех фаз в начале линии u A 1 ( t j ) | N j = 1 , u B 1 ( t j ) | N j = 1 , u C 1 ( t j ) | N j = 1 , i A 1 ( t j ) | N j = 1 , i B 1 ( t j ) | N j = 1 , i C 1 ( t j ) | N j = 1 .

В таблице 2 приведены цифровые отсчеты мгновенных значений сигналов напряжений и токов трех фаз в конце линии u A 2 ( t j ) | N j = 1 , u B 2 ( t j ) | N j = 1 , u C 2 ( t j ) | N j = 1 , i A 2 ( t j ) | N j = 1 , i B 2 ( t j ) | N j = 1 , i C 2 ( t j ) | N j = 1 .

В таблицах 3-9 приведены промежуточные результаты расчета места обрыва одной фазы воздушной линии электропередачи.

В таблице 10 представлены реальное и определенное предложенным способом значения расстояния до места обрыва одной фазы, а также погрешность определения места обрыва одной фазы линии.

Способ может быть осуществлен с помощью устройства для определения места обрыва одной фазы 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 обрыва одной фазы воздушной линии электропередачи содержит блок расчета параметров обрыва одной фазы 2, вход которого связан с началом линии электропередачи 1 (ЛЭП) и через канал связи 3 с ее концом. Выход блока расчета параметров обрыва одной фазы 2 подключен к 4 ЭВМ.

Блок расчета параметров обрыва одной фазы 2 (фиг.2) состоит из двенадцати устройств выборки и хранения 5 (УВХ1), 6 (УВХ2), 7 (УВХ3), 8 (УВХ4), 9 (УВХ5), 10 (УВХ6), 11 (УВХ7), 12 (УВХ8), 13 (УВХ9), 14 (УВХ10), 15 (УВХ11), 16 (УВХ12), входы которых подключены к регистраторам аварийных процессов. К выходу первого устройства выборки-хранения 5 (УВХ1) последовательно подключены первый 17 (П1), второй 18 (П2) и третий 19 (П3) программаторы. К выходу второго 6 (УВХ2) устройства выборки-хранения подключены четвертый 20 (П4) и пятый 21 (П5) программаторы. К выходу четвертого 20 (П4) программатора подключен первый 17 (П1) программатор, к выходу пятого 21 (П5) программатора последовательно подключены шестой 22 (П6), седьмой 23 (П7) и третий 19 (П3) программаторы. К выходу третьего 7 (УВХ3) устройства выборки-хранения подключены восьмой 24 (П8) и девятый 25 (П9) программаторы, выходы которых соответственно подключены к первому 17 (П1) и шестому 22 (П6) программаторам.

К выходу четвертого устройства выборки-хранения 8 (УВХ4) последовательно подключены десятый 26 (П10), одиннадцатый 27 (П11) и третий 19 (П3) программаторы. К выходу пятого 9 (УВХ5) устройства выборки-хранения подключены двенадцатый 28(П12) и тринадцатый 29 (П13) программаторы. К выходу двенадцатого 28 (П12) программатора подключен десятый 26 (П10) программатор, к выходу тринадцатого 29 (П13) программатора последовательно подключены четырнадцатый 30 (П14), пятнадцатый 31 (П15) и третий 19 (П3) программаторы. К выходу шестого 10 (УВХ6) устройства выборки-хранения подключены шестнадцатый 32 (П16) и семнадцатый 33 (П17) программаторы, выходы которых соответственно подключены к десятому 26 (П10) и четырнадцатому 30 (П14) программаторам.

К выходу седьмого устройства выборки-хранения 11 (УВХ7) последовательно подключены восемнадцатый 34 (П18), девятнадцатый 35 (П19) и третий 19 (П3) программаторы. К выходу восьмого 12 (УВХ8) устройства выборки-хранения подключены двадцатый 36 (П20) и двадцать первый 37 (П21) программаторы. К выходу двадцатого 36 (П20) программатора подключен восемнадцатый 34 (П18) программатор, к выходу двадцать первого 37 (П21) программатора последовательно подключены двадцать второй 38 (П22), двадцать третий 39 (П23) и третий 19 (П3) программаторы. К выходу девятого 13 (УВХ9) устройства выборки-хранения подключены двадцать четвертый 40 (П24) и двадцать пятый 41 (П25) программаторы, выходы которых соответственно подключены к восемнадцатому 34 (П18) и двадцать второму 38 (П22) программаторам.

К выходу десятого устройства выборки-хранения 14 (УВХ10) последовательно подключены двадцать шестой 42 (П26), двадцать седьмой 43 (П27) и третий 19 (П3) программаторы. К выходу одиннадцатого 15 (УВХ11) устройства выборки-хранения подключены двадцать восьмой 44 (П28) и двадцать девятый 45 (П29) программаторы. К выходу двадцать восьмого 44 (П28) программатора подключен двадцать шестой 42 (П26) программатор, к выходу двадцать девятого 45 (П29) программатора последовательно подключены тридцатый 46 (П30), тридцать первый 47 (П31) и третий 19 (П3) программаторы. К выходу двенадцатого 16 (УВХ12) устройства выборки-хранения подключены тридцать второй 48 (П32) и тридцать третий 49 (П33) программаторы, выходы которых соответственно подключены к двадцать шестому 42 (П26) и тридцатому 46 (П30) программаторам.

К выходам первого 5 (УВХ1), четвертого 8 (УВХ4), седьмого 11 (УВХ7) и десятого 14 (УВХ10) устройств выборки-хранения соответственно подключены шестой 22 (П6), четырнадцатый 30 (П14), двадцать второй 38 (П22) и тридцатый 46 (П30) программаторы.

Выход третьего программатора 19 (П3) подключен к 4 ЭВМ (фиг.1).

Все устройства выборки-хранения 5 (УВХ1), 6 (УВХ2), 7 (УВХ3), 8 (УВХ4), 9 (УВХ5), 10 (УВХ6), 11 (УВХ7), 12 (УВХ8), 13 (УВХ9), 14 (УВХ10), 15 (УВХ11) и 16 (УВХ12) могут быть реализованы на микросхемах 1100СК2. Все программаторы 17 (П1), 18 (П2), 19 (П3), 20 (П4), 21 (П5), 22 (П6), 23 (П7), 24 (П8), 25 (П9), 26 (П10), 27 (П11), 28 (П12), 29 (П13), 30 (П14), 31 (П15), 32 (П16), 33 (П17), 34 (П18), 35 (П19), 36 (П20), 37 (П21), 38 (П22), 39 (П23), 40 (П24), 41 (П25), 42 (П26), 43 (П27), 44 (П28), 45 (П29), 46 (П30), 47 (П31), 48 (П32), 49 (П33) 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 обрыва одной фазы воздушной линии электропередачи.

В качестве примера способа определения места обрыва одной фазы на воздушной линии электропередачи рассматривается обрыв одной фазы на расстоянии l₁=200 км воздушной линии, напряжением 500 кВ протяженностью 600 км, выполненной проводом АС-500/64.

Посредством регистраторов аварийных процессов измеряют в режиме обрыва одной фазы мгновенные значения сигналов напряжений и токов трех фаз в начале u A 1 ( t j ) | N j = 1 , u B 1 ( t j ) | N j = 1 , u C 1 ( t j ) | N j = 1 , i A 1 ( t j ) | N j = 1 , i B 1 ( t j ) | N j = 1 , i C 1 ( t j ) | N j = 1 (табл.1) и в конце u A 2 ( t j ) | N j = 1 , u B 2 ( t j ) | N j = 1 , u C 2 ( t j ) | N j = 1 , i A 2 ( t j ) | N j = 1 , i B 2 ( t j ) | N j = 1 , i C 2 ( t j ) | N j = 1 (табл.2) линии для одних и тех же моментов времени t_j=t₁, t₂, …, t_N с дискретностью массивов мгновенных значений

Δ t = T N = 0,317   м с

где T - период сигнала напряжения/тока,

N - число разбиений на периоде T.

Сигналы с конца линии u A 2 ( t j ) | N j = 1 , u B 2 ( t j ) | N j = 1 , u C 2 ( t j ) | N j = 1 , i A 2 ( t j ) | N j = 1 , i B 2 ( t j ) | N j = 1 , i C 2 ( t j ) | N j = 1 передают в ее начало по каналу связи. Далее сигналы u A 1 ( t j ) | N j = 1 , u B 1 ( t j ) | N j = 1 , u C 1 ( t j ) | N j = 1 , i A 1 ( t j ) | N j = 1 , i B 1 ( t j ) | N j = 1 , i C 1 ( t j ) | N j = 1 , u A 2 ( t j ) | N j = 1 , u B 2 ( t j ) | N j = 1 , u C 2 ( t j ) | N j = 1 , i A 2 ( t j ) | N j = 1 , i B 2 ( t j ) | N j = 1 , i C 2 ( t j ) | N j = 1 поступают соответственно на входы первого 5 (УВХ1), второго 6 (УВХ2), третьего 7 (УВХ3), четвертого 8 (УВХ4), пятого 9 (УВХ5), шестого 10 (УВХ6), седьмого 11 (УВХ7), восьмого 12 (УВХ8), девятого 13 (УВХ9), десятого 14 (УВХ10), одиннадцатого 15 (УВХ11) и двенадцатого 16 (УВХ12) устройств выборки и хранения блока расчета параметров обрыва одной фазы 2 (фиг.2), где их записывают и хранят как текущие.

Затем одновременно с выходов второго 6(УВХ2), третьего 7(УВХ3), пятого 9 (УВХ5), шестого 10 (УВХ6), восьмого 12 (УВХ8), девятого 13 (УВХ9), десятого 14 (УВХ10), одиннадцатого 15 (УВХ11) и двенадцатого 16 (УВХ12) устройств выборки-хранения сигналы u_B1(t_j), u_C1(t_j), i_B1(t_j), i_C1(t_j), u_B2(t_j), u_C2(t_j), i_B2(t_j), и i_C2(t_j) поступают, соответственно, на входы четвертого 20 (П4), девятого 25 (П9), двенадцатого 28 (П12), семнадцатого 33 (П17), двадцатого 36 (П20), двадцать пятого 41 (П25), двадцать восьмого 44 (П28) и тридцать третьего 49 (П33) программаторов, где осуществляют их сдвиг на угол 120°, и на выходах формируются, соответственно, сигналы: au_B1(t_j), au_C1(t_j), ai_B1(t_j), ai_C1(t_j) (табл.3), au_B2(t_j), au_C2(t_j), ai_B2(t_j), ai_C2(t_j) (табл.4).

Далее одновременно с выходов второго 6 (УВХ2), третьего 7 (УВХ3), пятого 9 (УВХ5), шестого 10 (УВХ6), восьмого 12 (УВХ8), девятого 13 (УВХ9), одиннадцатого 15 (УВХ11) и двенадцатого 16 (УВХ12) устройств выборки-хранения сигналы u_B1(t_j), u_C1(t_j), i_B1(t_j), u_B2(t_j), u_C2(t_j) и i_C2(t_j) поступают, соответственно, на входы пятого 21 (П5), восьмого 24(П8), тринадцатого 29 (П13), шестнадцатого 32 (П16), двадцать первого 37 (П21), двадцать четвертого 40 (П24), двадцать девятого 45 (П29), тридцать второго 48 (П32), где осуществляют их сдвиг на угол 240°, и на выходах формируются, соответственно, сигналы: a ²u_B1(t_j), a ²u_C1(t_j), a ²i_B1(t_j), a ²i_C1(t_j) (табл.5), a ²u_B2(t_j), a ²u_C2(t_j), a ²i_B2(t_j), a ²i_C2(t_j) (табл.6).

Затем одновременно с выходов первого устройства выборки-хранения 5 (УВХ1), четвертого 20 (П4) и восьмого 24 (П8) программаторов сигналы u_A1(t_j), au_B1(t_j), a ²u_C1(t_j), соответственно, поступают в первый программатор 17 (П1), на выходе которого формируется массив мгновенных значений напряжения фазы A прямой последовательности в начале линии u_A11(t_j) (третий столбец таблицы 7):

.

Одновременно с выходов первого устройства выборки-хранения 5 (УВХ1), пятого 21 (П5) и девятого 25 (П9) программаторов сигналы u_A1(t_j), a ²u_B1(t_j), au_C1(t_j), соответственно, поступают в шестой программатор 22 (П6), на выходе которого формируется массив мгновенных значений напряжения фазы A обратной последовательности в начале линии u_A21(t_j) (четвертый столбец таблицы 7):

.

Одновременно с выходов четвертого устройства выборки-хранения 8 (УВХ4), двенадцатого 28 (П12) и шестнадцатого 32 (П16) программаторов сигналы i_A1(t_j), ai_B1(t_j), a ²i_C1(t_j), соответственно, поступают в десятый программатор 26 (П10), на выходе которого формируется массив мгновенных значений тока фазы A прямой последовательности в начале линии i_A11(t_j) (пятый столбец таблицы 7):

.

Одновременно с выходов четвертого устройства выборки-хранения 8 (УВХ 4), тринадцатого 29 (П13) и семнадцатого 33 (П17) программаторов сигналы i_A1(t_j), a ²i_B1(t_j), ai_C1(t_j), соответственно, поступают в четырнадцатый 30 (П14), на выходе которого формируется массив мгновенных значений тока фазы A обратной последовательности в начале линии i_A21(t_j) (шестой столбец таблицы 7):

.

Одновременно с выходов седьмого устройства выборки-хранения 11 (УВХ7), двадцатого 36 (П20) и двадцать четвертого 40 (П24) программаторов сигналы u_A2(t_j), au_B2(t_j), a ²u_C2(t_j), соответственно, поступают в восемнадцатый программатор 34 (П18), на выходе которого формируется массив мгновенных значений напряжения фазы A прямой последовательности в конце линии u_A12(t_j) (третий столбец таблицы 8):

.

Одновременно с выходов седьмого устройства выборки-хранения 11 (УВХ7), двадцать первого 37 (П21) и двадцать пятого 41 (П25) программаторов сигналы u_A2(t_j), a ²u_B2(t_j), au_C2(t_j), соответственно, поступают в двадцать второй программатор 38 (П22), на выходе которого формируется массив мгновенных значений напряжения фазы A обратной последовательности в конце линии u_A22(t_j) (четвертый столбец таблицы 8):

.

Одновременно с выходов десятого устройства выборки-хранения 14 (УВХ10), двадцать восьмого 44 (П28) и тридцать второго 48 (П32) программаторов сигналы i_A2(t_j), ai_B2(t_j), a ²i_C2(t_j), соответственно, поступают в двадцать шестой программатор 42 (П26), на выходе которого формируется массив мгновенных значений тока фазы A прямой последовательности в конце линии i_A12(t_j) (пятый столбец таблицы 8):

.

Одновременно с выходов десятого устройства выборки-хранения 14 (УВХ10), двадцать девятого 45 (П29) и тридцать третьего 49 (П33) программаторов сигналы i_A2(t_j), a ²i_B2(t_j), ai_C2(t_j), соответственно, поступают в тридцатый программатор 46 (П30), на выходе которого формируется массив мгновенных значений тока фазы A обратной последовательности в конце линии i_A22(t_j) (шестой столбец таблицы 8):

.

Далее одновременно с выходов первого 17 (П1), шестого 22 (П6), десятого 26 (П10) и четырнадцатого 30 (П14), восемнадцатого 34 (П18), двадцать второго 38 (П22), двадцать шестого 42 (П26) и тридцатого 46 (П30) программаторов сигналы u_A11(t_j), uA₂₁(t_j), i_A11(t_j), i_A21(t_j), u_A12(t_j), u_A22(t_j), i_A12(t_j) и i_A22(t_j), соответственно, поступают во второй 18 (П2), седьмой 23 (П7), одиннадцатый 27 (П11), пятнадцатый 31 (П15), девятнадцатый 35 (П19), двадцать третий 39 (П23), двадцать седьмой 43 (П27) и тридцать первый 47 (П31) программаторы, на выходе кот