BR102016020538B1

BR102016020538B1 - Método de determinação da localização de falha em um meio de transmissão de energia e localizador de falha

Info

Publication number: BR102016020538B1
Application number: BR102016020538-7A
Authority: BR
Inventors: Hengxu Ha; Sankara Subramanian Sri Gopala Krishna Murthi; Lianfu Yu
Original assignee: General Electric Technology Gmbh
Priority date: 2015-09-08
Filing date: 2016-09-06
Publication date: 2022-10-18
Also published as: EP3141918A1; EP3141918B1; BR102016020538A2

Abstract

MÉTODO DE DETERMINAÇÃO DA LOCALIZAÇÃO DE FALHA EM UM MEIO DE TRANSMISSÃO DE ENERGIA E LOCALIZADOR DE FALHA. No campo das redes de energia elétrica, é proporcionado um método de determinação de uma localização de falha (F) em um meio de transmissão de energia (16A, 16B, 16C), que compreende as etapas de: (a) medição de um ou mais características elétricas (uA(k), uB(k), uC(k), iA(k), iB(k), iC(k)) de um meio de transmissão de energia (16A, 16B, 16C) em uma extremidade local (S) do meio de transmissão de energia (16A, 16B, 16C); (b) determinação de uma impedância da fonte de sequência zero (zR0) em uma extremidade remota (R) do meio de transmissão de energia (16A, 16B, 16C), com base na, ou em cada, característica elétrica medida (uA(k), uB(k), uC(k), iA(k), iB(k), iC(k)) do meio de transmissão de energia (16A, 16B, 16C); e (c) cálculo de uma posição ao longo do meio de transmissão de energia (16A, 16B, 16C) de uma falha com base na impedância de uma fonte de sequência zero (zR0) determinada na extremidade remota (R) do meio de transmissão de energia (16A, 16B, 16C) de modo a determinar (...).

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção refere-se a um método para determinar uma localização de falha em um meio de transmissão de energia.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[0002] A localização de falhas precisa é importante em redes de energia elétrica, pois pode ajudar a reduzir os custos operacionais, evitando a necessidade de caras inspeções visuais em um meio de transmissão de energia, por exemplo, uma linha de transmissão de energia, bem como reduzir a perda de receita causada por uma interrupção estendida na rede.

[0003] O artigo publicado por Yang Cheng et al: “Study on the fault location algorithm based on R-L model for transmission lines with single-pole reclosure”, Dianli Xitong Zidonghua - Automation of Electric Power Systems Press, vol. 34, no. 10, páginas 71 a 75, revela um método para determinar uma localização de falha usando um algoritmo que calcula a impedância de fonte de sequência zero na extremidade remota de um meio de transmissão de energia, com o apoio de medições na extremidade local do meio de transmissão de energia e quando uma fase da rede elétrica é liberada.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[0004] De acordo com um primeiro aspecto da invenção, é fornecido um método para a determinação de uma localização da falha em um meio de transmissão de energia que compreende as etapas de: (a) medição de uma ou mais características elétricas de um meio de transmissão de energia em uma extremidade local do meio de transmissão de energia; (b) determinação da impedância da uma fonte de sequência zero na extremidade remota do meio de transmissão de energia com base na, ou em cada, característica elétrica mensurada no meio de transmissão de energia; e (c) cálculo de uma posição ao longo do meio de transmissão de energia de uma falha com base na impedância de uma fonte de sequência zero determinada na extremidade remota do meio de transmissão de energia, de modo a determinar a localização da falha no meio de transmissão de energia.

[0005] Preferencialmente a etapa (b) para determinar a impedância de uma fonte de sequência zero na extremidade remota do meio de transmissão de energia inclui o cálculo de uma impedância da fonte de sequência zero na extremidade local do meio de transmissão de energia utilizando a, ou cada característica elétrica medida do meio de transmissão de energia.

[0006] A determinação da impedância da fonte de sequência zero em uma extremidade remota do meio de transmissão de energia elimina a necessidade de assumir que o ângulo de coeficientes de distribuição de corrente de correntes positivas, negativas e zero seja zero, pois os coeficientes de distribuição de corrente, especialmente da corrente de sequência positiva e negativa, diferentes de zero são de outro modo uma fonte significativa de erro na determinação da posição de uma falha.

[0007] Além disso, os valores de sequência zero de uma rede de energia elétrica são mais homogêneos do que os valores de sequência positiva e negativa de uma rede, desde que a impedância de carga não seja um fator nos valores de sequência nula, e assim o ângulo de coeficiente de distribuição da corrente de sequência zero não é sensível à impedância de uma fonte de sequência zero na extremidade remota.

[0008] Os resultados anteriores em um método de localização de falhas de alta precisão possuem erros que estão tipicamente controlados dentro do intervalo de +/- 2%. Além disso, o método da invenção requer apenas medições em uma extremidade, ou seja, uma extremidade local, do meio de transmissão de energia e fornece assim uma solução de localização de falhas em uma única extremidade.

[0009] A fase da impedância da fonte de sequência zero na extremidade remota é semelhante à fase da impedância da fonte de sequência zero na extremidade local, e a utilização da impedância da fonte de sequência zero na extremidade local para determinar a impedância da fonte de sequência zero na extremidade remota auxilia a minimizar qualquer erro na impedância da fonte de sequência zero determinada na extremidade remota.

[0010] Além disso, a impedância da fonte de sequência zero na extremidade local é prontamente calculável a partir de, ou de cada, característica elétrica mensurada no meio de transmissão de energia na extremidade local, sem a necessidade de computação complicada e demorada.

[0011] Opcionalmente, a impedância da fonte de sequência zero na extremidade local do meio de transmissão de energia é calculada de acordo com:

em que, z é a impedância da fonte de sequência zero na extremidade local do meio de transmissão de energia; U é o fasor de tensão de sequência zero na extremidade local do meio de transmissão de energia; I é um fasor de corrente de sequência zero determinado na extremidade local do meio de transmissão de energia; e

[0012] Tais fasores de tensão e corrente podem ser facilmente calculados a partir das características elétricas mensuradas no meio de transmissão de energia na extremidade local, e assim proporcionar de modo preciso e reproduzível o cálculo da impedância da fonte de sequência zero na extremidade local.

[0013] Em um exemplo de realização preferido da invenção, a impedância da fonte de sequência zero na extremidade remota é determinada a partir da impedância da fonte de sequência zero na extremidade local de acordo com a

em que, z é a impedância da fonte de sequência zero na extremidade remota; k é um coeficiente médio de transmissão de energia estabelecido de acordo com o comprimento do meio de transmissão de energia entre as extremidades local e remota; z é a impedância da fonte de sequência zero na extremidade local; e z é a impedância de sequência zero na extensão do meio de transmissão de energia que se estende entre as extremidades local e remota.

[0014] Determinando a impedância da fonte de sequência zero na extremidade remota a partir da impedância da fonte de sequência zero na extremidade local da maneira anterior auxilia ainda a manter qualquer erro na posição da falha determinada a um mínimo.

[0015] A etapa (c) de cálculo de uma posição ao longo do meio de transmissão de energia de uma falha com base na impedância da fonte de sequência zero determinada na extremidade remota do meio de transmissão de energia pode incluir as seguintes etapas: (i) divisão do meio de transmissão de energia a uma pluralidade de seções; (ii) cálculo de um valor de localização da falha correspondente para cada seção; e (iii) determinação de uma seção com falha no meio de transmissão de energia que tem o menor valor de localização de falha correspondente.

[0016] Dividindo-se o meio de transmissão de energia a uma pluralidade de seções evita que o método da invenção, inadvertidamente, convirja para uma falsa solução que posiciona incorretamente a falha para além do meio de transmissão de energia em questão.

[0017] Entretanto, a determinação de uma seção defeituosa do meio de transmissão de energia que possui o menor valor de localização de falha correspondente identifica em qual seção do meio de transmissão de energia a falha está localizada e, assim, estabelece a posição da falha ao longo do meio de transmissão de energia com um grau aceitável de resolução, ou seja, para dentro de um determinado comprimento de uma seção do meio de transmissão de energia.

[0018] Preferencialmente, um valor de localização de falhas correspondente para cada seção é calculado de acordo com a;

em que,

com, UM sendo um fasor de tensão mensurado na extremidade local; I sendo um fasor de corrente mensurado na extremidade local; Io sendo o conjugado de um fasor de corrente de sequência zero na extremidade local; n sendo o número da seção do meio de transmissão de energia para o qual o cálculo mencionado acima está sendo realizado; Δx sendo o comprimento de cada seção do meio de transmissão de energia; z sendo uma impedância de sequência positiva por unidade de comprimento do meio de transmissão de energia; z sendo uma impedância de sequência zero por unidade de comprimento do meio de transmissão de energia; L sendo o comprimento do meio de transmissão de energia; z sendo a impedância da fonte de sequência zero na extremidade local; e z é a impedância da fonte de sequência zero determinada na extremidade remota;

[0019] Tal etapa produz desejavelmente um valor de localização de falha para cada seção do meio de transmissão de energia que é capaz de localizar a seção com falha que tem o menor valor de localização de falha correspondente.

[0020] Opcionalmente, o método da invenção incudes após a etapa (iii) a determinação de uma seção defeituosa do meio de transmissão de energia que tem o menor valor de localização de falha correspondente, a etapa (iv) de cálculo da distância da seção defeituosa a partir da extremidade local.

[0021] Tal etapa utilmente fornece um parâmetro mensurável para identificar a posição da falha que pode ser utilizado, por exemplo, pelo pessoal de manutenção que necessita inspecionar visualmente e/ou reparar a falha.

[0022] Em outro exemplo de realização da etapa (c) de cálculo de uma posição ao longo do meio de transmissão de energia de uma falha com base na impedância da fonte de sequência zero determinada na extremidade remota do meio de transmissão de energia inclui as seguintes etapas: (i) estabelecimento de um coeficiente de distribuição de corrente de sequência zero inicial; (ii) cálculo de um valor da distância de falha inicial com base no coeficiente de distribuição de corrente de sequência zero inicial; (iii) uso do valor inicial da distância de falha para estabelecer um coeficiente de distribuição de corrente de sequência zero subsequente; e (iv) cálculo de um valor da distância da falha subsequente com base no coeficiente de distribuição de corrente de sequência zero subsequente;

[0023] Tais etapas desejavelmente fornecem o cálculo da posição de uma falha ao longo do meio de transmissão de energia e uma sobrecarga de hardware e computacional reduzida, uma vez que não é necessário realizar múltiplos cálculos para diferentes seções do meio de transmissão de energia.

[0024] Preferencialmente, a etapa (c) de cálculo de uma posição ao longo do meio de transmissão de energia de uma falha com base na impedância da fonte de sequência zero determinada na extremidade remota do meio de transmissão de energia inclui adicionalmente as etapas de: (v) uso do valor de distância de falha subsequente para estabelecer um coeficiente de distribuição de corrente de sequência zero subsequente; (iv) cálculo de um valor da distância da falha subsequente adicional com base no coeficiente de distribuição de corrente de sequência zero subsequente adicional; e (vii) repetição das etapas (v) e (vi) até que o desvio entre os valores da distância de falha subsequentes consecutivamente calculados caia abaixo de um limiar de precisão predeterminado.

[0025] A repetição das etapas (v) e (vi) da maneira mencionada acima desejavelmente resulta na localização da posição de uma falha com um grau de precisão que pode ser adaptado de acordo com a configuração geral da rede de energia elétrica na qual o meio de transmissão de energia está localizado.

[0026] Opcionalmente, o valor de distância da falha é calculado de acordo com:

em que, x é o valor de distância da falta calculado; y é um fasor de tensão mensurado na extremidade local; IM é um fasor de corrente mensurado na extremidade local; I0 é o conjugado de um fasor de corrente de sequência zero na extremidade local; e z é uma impedância de sequência positiva por unidade de comprimento do meio de transmissão de energia;

[0027] O valor da distância de falha pode ser utilizado para estabelecer um coeficiente de distribuição de corrente de sequência zero de acordo com:

em que, a é o ângulo do coeficiente de distribuição de corrente de sequência zero estabelecida; z1 é uma impedância de sequência positiva por unidade de comprimento do meio de transmissão de energia; z z0 é uma impedância de sequência zero por unidade de comprimento do meio de transmissão de energia; L é o comprimento do meio de transmissão de energia; z zS0 é a impedância da fonte de sequência zero na extremidade local; e zR0 é a impedância da fonte de sequência zero determinada na extremidade remota;

[0028] Tais etapas, vantajosamente, permitem um processo iterativo que permite que a precisão da localização da falha seja afinada para uma extensão desejada.

[0029] Quando o meio de transmissão de energia é um dentre uma pluralidade de meios de transmissão de energia dentro de uma rede de energia elétrica multifásica na qual cada um dos referidos meio de transmissão de energia corresponde a uma respectiva fase da rede de energia elétrica multifásica, o método da invenção pode adicionalmente incluir a determinação de uma única fase ou de um grupo de fases que está com defeito.

[0030] A identificação da fase defeituosa ou grupo de fases defeituoso auxilia posteriormente no cálculo correto de um valor de localização da falha correspondente para as respectivas seções do meio de transmissão de energia, e, posteriormente, o cálculo correto da posição da falha ao longo do meio de transmissão de energia.

[0031] De acordo com um segundo aspecto da invenção, é proporcionado um localizador de falha para determinar a localização da falha em um meio de transmissão de energia, em que o localizador de falha inclui uma unidade de controle programável configurada para: (a) mensurar uma ou mais características elétricas de um meio de transmissão de energia em uma extremidade local do meio de transmissão de energia; (b) determinar a impedância de uma fonte de sequência zero na extremidade remota do meio de transmissão de energia com base na, ou em cada, característica elétrica mensurada no meio de transmissão de energia; e (c) calcular uma posição ao longo do meio de transmissão de energia de uma falha com base na impedância de uma fonte de sequência zero determinada na extremidade remota do meio de transmissão de energia, de modo a determinar a localização da falha no meio de transmissão de energia.

[0032] O localizador de falha da invenção compartilha os benefícios das etapas correspondentes do método da invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0033] Segue-se agora uma breve descrição dos exemplos de realização preferidos da invenção, a título de exemplo não limitante, sendo feita referência à seguinte figura 1 mostra uma vista esquemática de uma rede de energia elétrica multifásica exemplar, para que um método da invenção possa ser aplicado para determinar a localização de falhas na referida rede.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[0034] Uma rede de energia elétrica multifásica exemplar está designada de modo geral pelo número de referência 10 e é mostrada esquematicamente na Figura 1. Mais particularmente, a rede multifásica exemplar 10 é uma rede de três fases que inclui as fases A, B e C, embora outros exemplos de redes de energias com múltiplas fases possam incluir menos ou mais do que três fases.

[0035] A rede de energia elétrica 10 inclui o primeiro e segundo terminais 12, 14 que estão interligados por três meios de transmissão de energia 16A, 16B, 16C (em que apenas um é mostrado a Figura 1). Cada meio de transmissão de energia 16A, 16B, 16C tem um comprimento L e corresponde a uma fase A, B, C da rede de energia elétrica 10. No exemplo mostrado, cada meio de transmissão de energia 16A, 16B, 16C é uma linha aérea de transmissão 18, embora, em outros exemplos de realização, a rede de energia elétrica (não mostrada) tem um ou mais meios de transmissão 16A, 16B, 16C que podem ser cabos de transmissão subterrâneos.

[0036] Na rede de energia elétrica 10, o primeiro terminal 12 está localizado em uma extremidade local S dos seus respectivos meios de transmissão de energia 16A, 16B, 16C e o segundo terminal 14 está localizado em uma extremidade remota R do meio de transmissão de energia 16A, 16B, 16C, embora isto possa ser revertido em outro exemplo de rede de alimentação elétrica.

[0037] O primeiro terminal 12 acopla uma fonte de tensão na extremidade local ES e uma impedância da fonte na extremidade local associada 20 para cada um dos meios de transmissão de energia 16A, 16B, 16C, enquanto que o segundo terminal 14 acopla uma fonte de tensão na extremidade remota ER e uma impedância da fonte na extremidade remota associada 22 para cada um dos meios de transmissão de energia 16A, 16B, 16C.

[0038] Um localizador de falha 24 está disposto na direção da extremidade local S e em comunicação operacional com o primeiro terminal 12 e um dispositivo de proteção (não mostrado) que está associado com o primeiro terminal 12.

[0039] O localizador de falha 24 inclui uma unidade de controle programável 26, que pode, por exemplo, assumir a forma de um microcontrolador programável. A unidade de controle 26 está configurada para realizar um método de determinação de uma localização de falha F em um ou mais dos meios de transmissão de energia 16A, 16B, 16C no exemplo da rede de energia elétrica 10, de acordo com um primeiro exemplo de realização da invenção.

[0040] O primeiro método da invenção inclui as principais etapas de: (d) medição de uma pluralidade de características elétricas de cada meio de transmissão de energia 16A, 16B, 16C nas extremidades locais S de cada um dos meios de transmissão de energia 16A, 16B 16C; (e) determinação da impedância de uma fonte de sequência zero ZR0 na extremidade remota R dos meios de transmissão de energia 16A, 16B, 16C com base nas características elétricas mensuradas em cada meio de transmissão de energia 16A, 16B e 16C; e (f) cálculo da posição de uma falha ao longo de um determinado meio de transmissão de energia 16A, 16B, 16C com base na impedância de uma fonte de sequência zero zRO determinada na extremidade remota R dos meios de transmissão de energia 16A, 16B 16C, a fim de determinar a localização da falha F no referido meio de transmissão de energia 16A, 16B, 16C.

[0041] A etapa (a) de medição de uma pluralidade de características elétricas de cada meio de transmissão de energia 16A, 16B, 16C na extremidade local S de cada um dos meios de transmissão de energia 16A, 16B, 16C, inclui a obtenção de amostras de tensão mensuradas uA(k), UB(K), uC(k) e amostras de corrente mensuradas iA(K), iB(k), iC(K) na extremidade local S para cada meio de transmissão de energia, 16A 16B, 16C, ou seja, cada uma das fases A, B e C da rede de energia elétrica trifásica 10.

[0042] Além disso, parâmetros dos respectivos meio de transmissão de energia 16A, 16B e 16C, tais como impedância de sequência positiva por unidade de comprimento Z1, impedância de sequência zero por unidade de comprimento z0 e comprimento L (todos os parâmetros disponíveis a partir de um operador dos meios de transmissão 16A, 16B, 16C) são fornecidos para a unidade de controle 26.

[0043] A unidade de controle 26, em seguida, estabelece um coeficiente de compensação de sequência zero KL para os meios de transmissão de energia 16A, 16B, 16C, que é calculado da seguinte forma:

em que, z é a impedância de sequência positiva mencionada acima por unidade de comprimento de um determinado meio de transmissão de energia 16A, 16B, 16C; e z é a impedância de sequência zero mencionada acima por unidade de comprimento de um determinado meio de transmissão de energia 16A, 16B, 16C.

[0044] Entretanto, a etapa (b) a determinação da impedância da fonte de sequência zero zR0 na extremidade remota R dos meios de transmissão de energia 16A, 16B 16C com base nas características elétricas mensuradas de cada respectivo meio de transmissão de energia 16A, 16B 16C, inclui o cálculo da impedância da fonte de sequência zero zS0 na extremidade local S dos meios de transmissão de energia 16A, 16B, 16C utilizando as características elétricas mensuradas, ou seja, as amostras de tensão e corrente uA(k), uB(k), uC(k), iA(k), iB(k), IC(k) na extremidade local S, de cada meio de transmissão de energia 16A, 16B, 16C.

[0045] Mais particularmente, a impedância da fonte de sequência zero zS0 na extremidade local S dos meios de transmissão de energia 16A, 16B, 16C é calculada de acordo com:

em que, U é o fasor de tensão de sequência zero que é determinado na extremidade local S do meio de transmissão de energia; I é o fasor de corrente de sequência zero que é determinados na extremidade local S do meio de transmissão de energia;

[0046] Com relação ao exemplo da rede de energia elétrica 10 mostrado na Figura 1, ou seja, uma rede de energia elétrica de três fases 10, o fasor de tensão de sequência zero Uo na extremidade local S é dado pela soma dos respectivos fasores de tensão, UA, ÚB, Úc para cada fase A, B, C; e o fasor de corrente de sequência zero I na extremidade local S é dado pela soma dos respectivos fasores de corrente I , I , I , para cada uma das fases A, B, C, de tal modo que a impedância da fonte de sequência nula zS0 na extremidade local S dos meios de transmissão 16A, 16B, 16C é dada por:

[0047] No que diz respeito a outros arranjos da rede de energia elétrica, e outros exemplos de realização do método da invenção para a determinação de um local de falha dentro de tais outras redes de energia elétrica, um ou ambos, fasor de tensão de sequência zero Uo na extremidade local S, e fasor de corrente de sequência zero I na extremidade local S, pode(m) ser determinado(s) de maneira diferente, por exemplo, de acordo com o número de fases na outra rede de energia elétrica.

[0048] Entretanto, no método de realização descrito na presente invenção, cada respectivo fasor de tensão UA, UB, Uc e fasor de corrente ÍA, IB, Ic , para cada uma das fases A, B, C é calculado utilizando um método de Fourier de ciclo completo acordo com;

em que, x(n) representa amostras de tensão correspondentes e reais uA(k), uB(k), uC(k), iA(k), iB(k), iC(k), medidas como parte da etapa (a); e N é o número de amostras por ciclo.

[0049] Em outros exemplos de realização do método da invenção, uma forma diferente de cálculo de cada fasor de tensão U,, UB, Ulr, e fasor ABC I 1 T T 4 I I de corrente I , I , I , pode ser usada.

[0050] Assim, uma vez que a impedância da fonte de sequência zero zS0 na extremidade local S dos meios de transmissão de energia 16A, 16B, 16C foi calculada, a impedância da fonte de sequência zero ZR0 na extremidade remota R é determinada a partir da impedância da fonte de sequência zero ZS0 na extremidade local S de acordo com;

em que, Z é a impedância da fonte de sequência zero na extremidade remota R; k é um coeficiente médio de transmissão de energia estabelecido de acordo com o comprimento L dos meios de transmissão de energia 16A, 16B, 16C entre as extremidades local S e remota R; Z é a impedância da fonte de sequência zero na extremidade local S; e Z é a impedância de sequência zero do comprimento L dos meios de transmissão de energia 16A, 16B, 16C, se estendendo entre as extremidades local S e remota R.

[0051] O coeficiente do meio de transmissão de energia k é definido de acordo com o comprimento L de cada meio de transmissão de energia 16A, 16B, 16C:

[0052] Uma vez que o método da invenção é aplicado a uma rede de energia elétrica 10 multifásica, isto é, de três fases, é necessário, adicionalmente, realizar a etapa de determinar qual fase única A, B ou C ou grupo de fases A, B, C está com defeito.

[0053] A etapa para a determinação de qual fase única A, B, C ou grupo de fases A, B, C está com falha inclui: (i) o cálculo da raiz do valor médio quadrático ΔIAB, ΔIBC, ΔICA dos respectivos pares de fases A, B, C; (ii) o estabelecimento da raiz do valor médio quadrático máximo e mínimo, I max, Imin; e (iii) a comparação de cada raiz do valor médio quadrático calculada ΔIAB, ΔIBC, ΔICA com a raiz do valor médio quadrático máximo e mínimo, I max, Imin.

[0054] Mais particularmente, o cálculo do valor médio quadrático ΔIAB, ΔIBC, ΔICA dos respectivos pares de fases A, B, C inclui o cálculo da raiz do valor médio quadrático a fase para as correntes da fase de acordo com as seguintes aplicações individuais de um método de Fourier de semiciclo:

em que, (i) , i , i são as amostras de corrente na extremidade local S, medidas como parte da etapa (a); n é o número da amostra; e N é o número de amostras por ciclo.

[0055] Em seguida, o valor médio quadrático máximo e mínimo, Imax, Imin, são obtidos de acordo com:

[0056] Cada raiz do valor médio quadrático calculada ΔIAB, ΔIBC, ΔICA é então comparada com a raiz do valor médio quadrático máximo e mínimo estabelecida, I max, Imin, da seguinte maneira, de modo a determinar qual fase única A, B, C ou grupo das fases A, B, C tem uma falha, ou seja Em primeiro lugar, se

então, Imin == ΔI BC é indicativo de que a falha está na fase A, de modo que há uma falha entre o meio de transmissão correspondente 16A e o terra; Imin == ΔICA é indicativo de que a falha está na fase B, de modo que há uma falha entre o meio de transmissão correspondente 16B e o terra; e Imin == ΔIAB é indicativo de que a falha está na fase C, de modo que há uma falha entre o meio de transmissão correspondente 16C e o terra; Em segundo lugar, se

então, Imax == ΔIBC é indicativo de que a falha está nas fases B e C, de modo que há uma falha combinada entre os meios de transmissão correspondentes 16B, 16 C e o terra; Imax == ΔICA é indicativo de que a falha está nas fases C e A, de modo que há uma falha combinada entre os meios de transmissão correspondentes 16C, 16A e o terra; e Imax == ΔIAB é indicativo de que a falha está nas fases A e B, de modo que há uma falha combinada entre os meios de transmissão correspondentes 16A, 16B e o terra.

[0057] Uma vez que a fase defeituosa A, B, C ou o grupo de fases A, B, C foi determinado, a etapa (c) de cálculo da posição de uma falha ao longo de um determinado meio de transmissão de energia 16A, 16B, 16C, inclui: (ii) a divisão do meio de transmissão de energia com falha correspondente a uma pluralidade de seções; (iii) o cálculo de um valor de localização da falha correspondente para cada seção; e (iv) ) a determinação de uma seção com falha no meio de transmissão de energia correspondente 16A, 16B e 16C que tem o menor valor de localização de falha correspondente.

[0058]O número de seções em que o meio (ou meios) de transmissão de energia com falha 16A, 16B, 16C é dividido é estabelecido considerando a capacidade do dispositivo de proteção associado com o primeiro terminal 12 na extremidade local S, bem como o nível desejado de precisão em termos de identificar onde a falha está localizada.

[0059] No método da invenção aqui descrito, e considerando um comprimento L aproximado de 50 km dos meios de transmissão de energia 16A, 16B, 16C no exemplo da rede elétrica 10 à qual ele éaplicado, o meio de transmissão de energia com falha 16A, 16B, 16C é dividido em 200 seções. No entanto, em outros exemplos de realização da invenção o número de seções pode ser superior ou inferior a 200.

[0060] Entretanto, um valor de localização de falhas correspondente para cada seção é calculado de acordo com a

em que,

com, U sendo um fasor de tensão mensurado na extremidade local S; I sendo um fasor de corrente mensurado na extremidade local S; Io sendo o conjugado de um fasor de corrente de sequência zero na extremidade local S; n sendo o número da seção do meio de transmissão de energia correspondente com falha 16A, 16B, 16C para o qual o cálculo mencionado acima está sendo realizado; Δx sendo o comprimento de cada seção do meio de transmissão de energia com falha correspondente 16A, 16B, 16C; z sendo a impedância de sequência positiva por unidade de comprimento do meio de transmissão de energia com falha correspondente 16A, 16B, 16C; z sendo a impedância de sequência zero por unidade de comprimento do meio de transmissão de energia com falha correspondente 16A, 16B, 16C; L sendo o comprimento do meio de transmissão de energia com falha correspondente 16A, 16B, 16C; z sendo a impedância da fonte de sequência zero na extremidade local; e z é a impedância da fonte de sequência zero determinada na extremidade remota; Imag {}, significa atribuir a parte imaginária do número complexo dentro de {}.

[0061] Entretanto, cada fasor dentre do fasor de tensão U medido na extremidade local S e o fasor de corrente I medido na extremidade local S é estabelecido de acordo com a fase A, B, C ou grupo de fases A, B, C que é determinado como defeituoso.

[0062] Mais particularmente, se a fase A é determinada como sendo defeituosa, então:

a fase B é determinada como sendo defeituosa, então:

a fase C é determinada como sendo defeituosa, então:

as fases A e B são determinadas como defeituosas, então:

as fases B e C são determinadas como defeituosas, então:

as fases C e A são determinadas como defeituosas, então:

[0063] O fasor de corrente de sequência zero na extremidade local S é calculado utilizando um método de Fourier de ciclo completo de forma semelhante ao previsto acima em ligação com os respectivos fasores de tensão e corrente U , U , U , I , I , I para cada uma das fases A, B, C.A B C ABC

[0064] Em seguida a determinação de uma seção defeituosa do meio de transmissão de energia correspondente 16A, 16B, 16C, ou seja, a seção que tem o menor valor de localização de falha correspondente, determina a localização da falha no médio de transmissão de energia correspondente 16A, 16B, 16C, com uma resolução efetiva equivalente ao comprimento Δx de cada seção do meio de transmissão de energia 16A, 16B, 16C.

[0065] O método da invenção pode, opcionalmente, incluir, após a etapa (iii) acima a determinação de uma seção defeituosa de meio de transmissão de energia que tem o menor valor de localização de falha correspondente, determinando assim a localização da falha, a etapa adicional (iv) de cálculo da distância m da seção com falha a partir da extremidade local S.

[0066] Tal distância m da seção com falha a partir da extremidade local S pode ser calculada da seguinte forma: m = NmΔx em que, N é o número da seção com falha no meio de transmissão de energia correspondente 16A, 16B, 16C; e Δx é o comprimento de cada seção do meio de transmissão de energia com falha correspondente 16A, 16B, 16C.

[0067] Em um segundo exemplo de realização, a etapa (c) de cálculo de uma posição ao longo do meio de transmissão de energia de uma falha com base na impedância da fonte de sequência zero determinada na extremidade remota do meio de transmissão de energia inclui as seguintes etapas: (i) estabelecimento de um coeficiente de distribuição de corrente de sequência zero inicial; (ii) cálculo de um valor da distância de falha inicial com base no coeficiente de distribuição de corrente de sequência zero inicial; (iii) uso do valor inicial da distância de falha para estabelecer um coeficiente de distribuição de corrente de sequência zero subsequente; e (iv) cálculo de um valor da distância da falha subsequente com base no coeficiente de distribuição de corrente de sequência zero subsequente;

[0068] O coeficiente de distribuição de corrente de sequência zero inicial é, a título de exemplo, estabelecido em zero, embora este não deva ser necessariamente o caso.

[0069] Em qualquer caso, no segundo exemplo de realização da invenção a etapa (c) inclui as etapas adicionais de: (v) uso do valor de distância de falha subsequente para estabelecer um coeficiente de distribuição de corrente de sequência zero subsequente; (iv) cálculo de um valor da distância da falha subsequente adicional com base no coeficiente de distribuição de corrente de sequência zero subsequente adicional; e (vii) repetição das etapas (v) e (vi) até que o desvio entre os valores da distância de falha subsequentes consecutivamente calculados caia abaixo de um limiar de precisão predeterminado.

[0070] O limiar de precisão pré-determinado é, no segundo exemplo de realização da invenção, dado pela;

em que, x(k) é kth x; x(k-1) é (k-1)th x; e ε é normalmente estabelecido com 0,01. no entanto, podem ser utilizados outros valores, bem como limiares de precisão totalmente diferentes.

[0071] O valor de distância da falha é calculado de acordo com:

em que, x é o valor da distância da falha calculada, ou seja, a distância da falha calculada na extremidade local S do meio de transmissão de energia correspondente 16A, 16B, 16C, conforme mostrado na Figura 1; UM é um fasor de tensão mensurado na extremidade local; IM é um fasor de corrente mensurado na extremidade local; I0 é o conjugado de um fasor de corrente de sequência zero na extremidade local; e z é uma impedância de sequência positiva por unidade de comprimento do meio de transmissão de energia;

[0072] Entretanto, o valor da distância de falha é utilizado para estabelecer um coeficiente de distribuição de corrente de sequência zero de acordo com:

[0073] Consequentemente, a localização da falha é determinada calculando repetidamente os valores de distância da falha subsequentes x de modo a estabelecer a distância, ou seja, x , da falha a partir da extremidade local S do meio de transmissão de energia correspondente 16A, 16B, 16C.

Claims

1. MÉTODO DE DETERMINAÇÃO DA LOCALIZAÇÃO DE FALHA (F) EM UM MEIO DE TRANSMISSÃO DE ENERGIA (16A, 16B, 16C), compreendendo as etapas de: (a) medição de uma ou mais características elétricas de um meio de transmissão de energia (16A, 16B, 16C) em uma extremidade local (S) do meio de transmissão de energia (16A, 16B, 16C); (b) determinação da impedância de uma fonte de sequência zero (ZRO) em uma extremidade remota (R) do meio de transmissão de energia (16A, 16B, 16C) utilizando a, ou cada característica elétrica medida do meio de transmissão de energia (16A, 16B, 16C); e (c) cálculo de uma posição ao longo do meio de transmissão de energia (16A, 16B, 16C) de uma falha com base na impedância de uma fonte de sequência zero (ZRO) determinada na extremidade remota (R) do meio de transmissão de energia (16A, 16B, 16C), de modo a determinar a localização da falha (F) no meio de transmissão de energia (16A, 16B, 16C), o método sendo caracterizado pela etapa (b) de determinar uma impedância de uma fonte de sequência zero em uma extremidade remota (R) do meio de transmissão de energia (16A, 16B, 16C) incluir calcular uma impedância de fonte de sequência zero (ZRO) na extremidade local (S) do meio de transmissão de energia (16A, 16B, 16C) usando a ou cada característica elétrica medida do meio de transmissão de energia (16A, 16B, 16C).

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela impedância da fonte de sequência zero (ZRO) na extremidade local (S) do meio de transmissão de energia (16A, 16B, 16C) ser calculada de acordo com:

em que, z é a impedância da fonte de sequência zero na extremidade local do meio de transmissão de energia (16A, 16B, 16C); Úo é o fasor de tensão de sequência zero na extremidade local do meio de transmissão de energia (16A, 16B, 16C); I é um fasor de corrente de sequência zero determinado na extremidade local do meio de transmissão de energia (16A, 16B, 16C).

3. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pela impedância da fonte de sequência zero (ZRO) na extremidade remota (R) ser determinada a partir da impedância da fonte de sequência zero (ZRO) na extremidade local (S) de acordo com;

em que, z é a impedância da fonte de sequência zero na extremidade remota; k é um coeficiente médio de transmissão de energia estabelecido de acordo com o comprimento do meio de transmissão de energia (16A, 16B, 16C) entre as extremidades local e remota; z é a impedância da fonte de sequência zero na extremidade local; e z é a impedância de sequência zero do comprimento do meio de transmissão de energia (16A, 16B, 16C) que se estende entre as extremidades local e remota.

4. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pela etapa (c) de cálculo de uma posição de uma falha ao longo do meio de transmissão de energia (16A, 16B, 16C) com base na impedância da fonte de sequência zero (ZRO) determinada na extremidade remota (R) do meio de transmissão de energia (16A, 16B, 16C) incluir as seguintes etapas: (i) divisão do meio de transmissão de energia (16A, 16B, 16C) a uma pluralidade de seções; (ii) cálculo de um valor de localização da falha correspondente para cada seção; e (iii) determinação de uma seção com falha no meio de transmissão de energia (16A, 16B, 16C) que tem o menor valor de localização de falha correspondente.

5. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por um valor de localização de falha para cada seção correspondente ser calculado de acordo com;

em que,

com, U sendo um fasor de tensão mensurado na extremidade local; I sendo um fasor de corrente mensurado na extremidade local; Io sendo um conjugado de um fasor de corrente de sequência zero na extremidade local; n sendo o número da seção do meio de transmissão de energia (16A, 16B, 16C) para o qual o cálculo mencionado acima está sendo realizado; Δx sendo o comprimento de cada seção do meio de transmissão de energia (16A, 16B, 16C); z sendo uma impedância de sequência positiva por unidade de comprimento do meio de transmissão de energia (16A, 16B, 16C); z sendo uma impedância de sequência zero por unidade de comprimento do meio de transmissão de energia (16A, 16B, 16C); L sendo o comprimento do meio de transmissão de energia (16A, 16B, 16C); z sendo a impedância da fonte de sequência zero na extremidade local; e z é a impedância da fonte de sequência zero determinada na extremidade remota.

6. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 5, caracterizado por incluir após a etapa (iii) a determinação de uma seção com falha do meio de transmissão de energia (16A, 16B, 16C) que tem o menor valor de localização de falha correspondente, a etapa adicional (iv) de cálculo da distância entre a seção com falha a partir da extremidade local (S).

7. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizado pela etapa (c) de cálculo de uma posição de uma falha ao longo do meio de transmissão de energia (16A, 16B, 16C) com base na impedância da fonte de sequência zero (ZRO) determinada na extremidade remota (R) do meio de transmissão de energia (16A, 16B, 16C) incluir as seguintes etapas: (i) estabelecimento de um coeficiente de distribuição de corrente de sequência zero inicial; (ii) cálculo de um valor da distância de falha inicial com base no coeficiente de distribuição de corrente de sequência zero inicial; (iii) uso do valor inicial da distância de falha para estabelecer um coeficiente de distribuição de corrente de sequência zero subsequente; e (iv) cálculo de um valor da distância da falha subsequente com base no coeficiente de distribuição de corrente de sequência zero subsequente.

8. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por incluir adicionalmente as etapas de: (v) uso do valor de distância de falha subsequente para estabelecer um coeficiente de distribuição de corrente de sequência zero subsequente adicional; (vi) cálculo de um valor da distância da falha subsequente adicional com base no coeficiente de distribuição de corrente de sequência zero subsequente adicional; e (vii) repetição das etapas (v) e (vi) até que o desvio entre os valores da distância de falha subsequentes consecutivamente calculados caia abaixo de um limiar de precisão predeterminado.

9. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 8, caracterizado pelo valor de distância da falha ser calculado de acordo com;

em que, x é o valor de distância da falta calculado; UM é um fasor de tensão mensurado na extremidade local; IM é um fasor de corrente mensurado na extremidade local; I0 é o conjugado de um fasor de corrente de sequência zero na extremidade local; e z é uma impedância de sequência positiva por unidade de comprimento do meio de transmissão de energia (16A, 16B, 16C).

10. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 9, caracterizado pelo valor de distância da falha ser usado para estabelecer um coeficiente de distribuição de corrente de sequência zero, de acordo com:

em que, a é o ângulo do coeficiente de distribuição de corrente de sequência zero estabelecida; z1 é uma impedância de sequência positiva por unidade de comprimento do meio de transmissão de energia (16A, 16B, 16C); z0 é uma impedância de sequência zero por unidade de comprimento do meio de transmissão de energia (16A, 16B, 16C); L é o comprimento do meio de transmissão de energia (16A, 16B, 16C); zS0 é a impedância da fonte de sequência zero na extremidade local; e zR0 é a impedância da fonte de sequência zero determinada na extremidade remota.

11. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo meio de transmissão de energia (16A, 16B, 16C) ser um dentre uma pluralidade de meios de transmissão de energia dentro de uma rede de energia elétrica multifásica (10) de cada uma das quais o meio de transmissão de energia (16A, 16B, 16C) corresponde a uma respectiva fase (A,B,C) da rede elétrica multifásica, e em que o método inclui adicionalmente a determinação de qual fase única ou grupo de fases está defeituoso.

12. LOCALIZADOR DE FALHA (24) para a determinação da localização de falha (F) em um meio de transmissão de energia (16A, 16B, 16C), o localizador de falha incluindo uma unidade de controle programável (26) configurada para: (a) mensurar uma ou mais características elétricas de um meio de transmissão de energia (16A, 16B, 16C) em uma extremidade local (S) do meio de transmissão de energia (16A, 16B, 16C); (b) determinar a impedância de uma fonte de sequência zero (ZRO) em uma extremidade remota (R) do meio de transmissão de energia (16A, 16B, 16C) com base na, ou em cada, característica elétrica mensurada no meio de transmissão de energia (16A, 16B, 16C); e (c) calcular uma posição ao longo do meio de transmissão de energia (16A, 16B, 16C) de uma falha com base na impedância de uma fonte de sequência zero (ZRO) determinada na extremidade remota (R) do meio de transmissão de energia (16A, 16B, 16C), de modo a determinar a localização da falha (F) no meio de transmissão de energia (16A, 16B, 16C), o localizador de falha (24) sendo caracterizado por a unidade de controle programável (26) ser configurada para determinar uma impedância de uma fonte de sequência zero (ZRO) em uma extremidade remota (R) do meio de transmissão de energia (16A, 16B, 16C) que inclui a unidade de controle programável (26) sendo configurável para calcular uma impedância de uma fonte de sequência zero (ZRO) na extremidade local (S) do meio de transmissão de energia (16A, 16B, 16C), usando a ou cada característica elétrica mensurada do meio de transmissão de energia (16A, 16B, 16C).