CZ309411B6 - Způsob určení úseku vn vedení se zkratem ve vn síti - Google Patents

Abstract

Vysokonapěťová síť je opatřena řídicím centrem (2), které komunikuje s měřicími a komunikačními zařízeními (4) napojenými na nn straně vn/nn transformátorů (3), dále s dálkově ovládanými úsečníky (6) a s měřicími transformátory nebo senzory (7). V měřicích a komunikačních zařízeních (4) vn/nn transformátorů (3) sítě vzorkujících nn napětí všech tří fází se v případě zkratu stanoví hloubka skokového poklesu nn napětí na těchto transformátorech (3) a přenese se do řídicího centra (2) sítě s časem výskytu poklesu, načež řídicí centrum (2) na základě sdílených dat podle odstupňovaných hloubek poklesů napětí přenesených z měřicích a komunikačních zařízení (4) vn/nn transformátorů zapojených na vn vedení za sebou a po doplnění o údaje senzorů (7) vyhodnotí transformátor (3), za kterým se již neprohlubuje pokles napětí a který je tudíž pravděpodobně připojen na úsek vn vedení se zkratem.

Description

Způsob určení úseku vn vedení se zkratem ve vn síti

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu určení pravděpodobného místa ve vn síti (vn = vysoké napětí), ve kterém došlo ke zkratu na vedení.

Dosavadní stav techniky

Současné způsoby určení úseku vn vedení se zkratem ve vn sítích kompenzovaných, uzemněných přes uzlový odpomík i izolovaných, se opírají o zkratové ochrany s vypínači jednotlivých vn vedení. Vn vedení jsou členěna na jednotlivé úseky, které lze buď pomocí manuálně nebo dálkově ovládaného úsečníku rozpojit. Při vzniku zkratuje celé vn vedení od napájecího trojfázového vvn transformátoru (vvn = velmi vysoké napětí) odpojeno automaticky působící zkratovou ochranou s vypínačem. Pomocí úsečníku je následně odpojena vzdálenější část vn vedení a bližší část vn vedení se poté připojí k napájecímu trojfázovému vvn transformátoru. Jestliže nadproudová ochrana vypne napájenou bližší část vn vedení, je zkrat v této části. Jestliže v bližší napájené části vn vedení zkrat není, pak je zkrat ve vzdálenější části vn vedení, která se dále např. půlí. Popsaný postup způsobuje zbytečné a opakované namáhání distribučních zařízení vn sítě účinky opakovaných zkratových proudů a zbytečná namáhání připojených spotřebičů a následujících provozů v důsledku zapínání a vypínání napájecího napětí.

Nověji se k určení úseku vn vedení se zkratem používají i měřicí a indikační zařízení instalovaná na vn vedení, která však musí řešit izolační bariéru vn napěťové hladiny. To především u vzdušných vn vedení není levné a nemusí být spolehlivé.

Ze spisu CZ 305209 je znám způsob určení pravděpodobnosti místa výskytu nesymetrických poruch v síti vn, kde se vytvoří zpětné schéma monitorované distribuční soustavy, na základě překročení meze změny zpětné složky proudu se vyhodnotí koordinační čas vzniku poruchy, pro daný koordinační čas vzniku poruchy se nashromáždí záznamy změny zpětné složky napětí zaznamenané na sekundárních stranách distribučních vn/nn transformátorů (transformátory převádějící proud z vysokého na nízké napětí) a záznamy zpětných složek proudů odebíraných z napájecích vvn/vn transformátorů (transformátory převádějící proud z velmi vysokého na vysoké napětí). Ze záznamů se stanoví hodnoty maximální změny zpětné složky proudu a napětí odpovídající okamžiku, kdy je součet všech zaznamenaných změn zpětných složek napětí maximální. Hodnoty maximální změny zpětných složek napětí se přepočtou na primární stranu příslušného distribučního transformátoru (vn/nn), z hodnot přepočtených maximálních změn zpětných složek napětí a maximálních změn zpětných složek proudu se vyčíslí jednotlivé odchylky absolutních hodnot vypočtených změn zpětné složky napětí a zaznamenaných hodnot maximálních změn zpětné složky napětí v jednotlivých měřicích uzlech. Vyčíslí se celkové odchylky absolutních hodnot vypočtených změn zpětné složky napětí a zaznamenaných hodnot maximálních změn zpětné složky napětí pro jednotlivé uzly a následně se vyčíslí pravděpodobnost výskytu zdroje nesymetrie v jednotlivých místech monitorované soustavy.

Cílem vynálezu je navrhnout způsob určení úseku vedení se zkratem v síti vysokého napětí, a to s maximální spolehlivostí a s minimální časovou prodlevou.

Navrhovaný způsob v základním provedení předpokládá, že běžná síť vn vybavená řídicím střediskem je tvořena řadou vn vedení napájených vvn transformátorem. Na začátku jednotlivých vn vedení jsou instalovány zkratové ochrany s vypínačem, které přes místní přenos dat komunikují s řídicím střediskem, a mezi úseky vn vedení jsou instalovány úsečníky k rozpojení vedení vn ovládané v některých místech z řídicího střediska. V místech odběru jsou na vn vedeních připojeny vn/nn transformátory, na jejichž nn straně jsou zapojena měřicí a komunikační zařízení opatřená

- 1 CZ 309411 B6 základním měřicím a komunikačním hardwarem, která v intervalech v řádu milisekund měří/vzorkují okamžité hodnoty na každé ze tří fází troj fázového nn napětí a případně i hodnoty odebíraných proudů, z nichž vyhodnocují elektrické veličiny, a přes dálkový přenos dat komunikují s řídicím střediskem. Na vn vedeních mohou být případně instalovány měřicí transformátory nebo senzory.

Podstata vynálezu

Zkratem na síti vn se rozumí zkrat mezi dvěma nebo třemi fázemi vn. V případě dvoupólového zkratu mezi dvěma fázemi se to projeví výrazným poklesem sdruženého/mezifázového vn napětí mezi těmito dvěma fázemi, zatím co sdružená vn napětí mezi zkratem postiženými fázemi a nepostiženou fází poklesnou podstatně méně. V případě trojpólového zkratu mezi všemi třemi fázemi výrazně poklesnou všechna tři sdružená napětí. Vzhledem k tomu, že napětí na jednotlivých fázích na nízkonapěťové straně vn/nn transformátoru odpovídají jednotlivým sdruženým napětím na vysokonapěťové straně, projeví se dvoupólový mezifázový zkrat na vysokonapěťové straně vn/nn transformátoru tak, že pokles napětí na jedné z nn fází je výrazně větší než na zbývajících dvou nn fázích, a ten je pro další postup signifikantní.

Pokud dojde ke zkratu v některém úseku vn vedení sítě, projeví se to na všech vn/nn transformátorech sítě, resp. na jejich nn straně připojených měřicích zařízeních skokovým poklesem napětí. Ve vn vedeních sítě, které nejsou zkratem postiženy, se hodnota napětí, poté co ochrana s vypínačem automaticky odpojí vn vedení se zkratem, vrátí přibližně na původní hodnotu.

Vn vedení, které je zkratem postiženo, je zkratovou ochranou s vypínačem odpojeno a napětí po této prodlevě o trvání zpravidla do 1,5 s poklesne k nule. Je známo, že hloubka skokového poklesu v okamžiku zkratu není na vn/nn transformátorech napadeného vn vedení stejná, ale roste směrem od začátku vn vedení, tj. od zkratové ochrany k místu zkratu, resp. k úseku vn vedení se zkratem. Přitom na dalších vn/nn transformátorech, které následují za místem zkratu, je tento (maximální) pokles již v podstatě shodný.

Tohoto jevu využívá způsob určení místa zkratu ve vn síti, který spočívá v tom, že se v měřicích a komunikačních zařízeních vn/nn transformátorů sítě stanoví hloubka poklesu napětí na těchto transformátorech a přenese se do řídicího centra sítě s časem výskytu poklesu. Řídicí centrum na základě sdílených dat vyhodnotí pravděpodobný úsek sítě se zkratem.

Ukazuje se, že takto stanovené údaje o hloubkách poklesů napětí na vn/nn transformátorech nemusí vést ke spolehlivému výsledku, neboť průběh nn napětí na transformátorech jak před zkratem, tak při zkratu není konstantní a neshoduje se, např. v důsledku proměnlivé zátěže jednotlivých fází a jednotlivých transformátorů. A je věc náhody, v jakém okamžiku se před poklesem a po skokovém poklesu hodnota napětí naměří. Takto stochasticky zjištěný pokles napětí nebude spolehlivým údajem pro řídicí centrum.

V pokročilejším způsobu určení místa zkratu proto software měřicího a komunikačního zařízení vypočítá zprůměrované hloubky poklesů fázových napětí u jednotlivých fází, a to tak, že zprůměruje vzorky fázových napětí naměřené v úseku před skokovým poklesem a rovněž zprůměruje vzorky fázových napětí naměřené v úseku po skokovém poklesu (do okamžiku vypnutí), vypočítá poměr fázových napětí takto stanovených průměrných fázových napětí po poklesu k takto stanoveným průměrným fázovým napětím před poklesem a tyto hodnoty pro jednotlivé fáze ukládá. Z nich vybere hodnotu s nejhlubším poklesem, tj. takovou, která odpovídá mezifázovému zkratu, a tu odesílá do řídicího centra.

V ustáleném stavu před zkratem může být z transformátoru vn/nn odebírán na hladině nn z každé ze tří fází jiný proud, který na vnitřních impedancích jednotlivých fází vyvolá úbytek napětí, takže fázová napětí nesouměmě zatíženého transformátoru nejsou stejná. Jestliže dojde ke zkratu na

-2CZ 309411 B6 hladině vn, pak jsou fázová napětí i na hladině nn velmi rozdílná. Na to reagují různé typy spotřebičů různě, a tak se při zkratu změní i odebírané fázové proudy, často výrazně. Tím se o úbytky na vnitřních impedancích jednotlivých fází vn/nn transformátoru změní pň zkratu měřená nn fázová napětí oproti napětím na vn straně. Naměřené hodnoty nn napětí na jednotlivých fázích se proto korigují o proudové zatížení fází před skokovým poklesem a po skokovém poklesu.

Ještě kvalitnější data pro řídicí centrum dodávají měřicí a komunikační zařízení, která hodnoty napětí na nn straně vn/nn transformátoru přepočítají na napětí na vn straně transformátoru. Takový přepočet musí respektovat vlastnosti/parametry konkrétního vn/nn transformátoru, které se u jednotlivých transformátorů zapojených na síti různí.

To se provede tak, že se do počítačového hardwaru měřicího a komunikačního zařízení každého vn transformátoru vloží jeho charakteristické vlastnosti, např. počty závitů nebo model respektující jeho parametry, tj. zejména jeho konfiguraci (hvězda/trojúhelník), proud a výkon naprázdno a proud a výkon nakrátko.

Pokud jsou v síti navíc instalovány měřicí transformátory nebo senzory propojené dálkovou komunikací s řídicím centrem, kontroluje řídicí centrum údaje od měřicích a komunikačních zařízení vn/nn transformátorů podle údajů těchto senzorů.

Spolehlivost určení místa zkratu se dále zvýší, pokud jsou odečty napětí ve všech měřicích a komunikačních zřízeních sítě synchronizovány, např. prostřednictvím signálu GPS přijímaným měřicími a komunikačními zařízeními. Spolehlivost výpočtu zkratovaného úseku vn vedení se rovněž zvýší, pokud jsou dálkově přenesená data doplněna o přesný čas vzniku poklesu napětí.

Uvedené způsoby určení místa zkratu ve vn síti mohou být uskutečněny ve třech komunikačních modech:

Data ze všech měřicích a komunikačních zařízení sítě korigovaná uvedenými postupy se po vyhodnocení hloubek poklesů přenesou do řídicího centra, které je nepřetržitě vyhodnocuje, a na jejich základě vyhodnotí úsek vn vedení se zkratem. Tento způsob se vyznačuje minimální prodlevou od okamžiku vzniku zkratu do určení úseku vn vedení se zkratem a do odpovídajícího zásahu do sítě. Nicméně představuje přenos velkých objemů přenášených a zpracovávaných dat s možností přetížení dálkové komunikace.

Druhý způsob spočívá v tom, že zkratová ochrana vn vedení se zkratem signalizuje řídicímu centru vypnutí odpovídajícího vn vedení a řídicí centrum si z měřicích a komunikačních zařízení tohoto vn vedení vyžádá data o změřených hloubkách poklesu nn napětí na vn/nn transformátorech tohoto vn vedení v době zkratu. Tento způsob snižuje nároky na přenos a zpracování dat, nicméně prodlužuje interval mezi zkratem a určením úseku vn vedení se zkratem.

Třetí způsob předpokládá, že v měřicích a komunikačních zařízeních všech vn/nn transformátorů je software nastaven tak, že v případě zkratu tato zařízení odešlou data do řídicího centra jen v případě, že u nich konečné napětí po zkratu poklesne na nulu. Tím signalizují řídicímu centru s nepatrnou prodlevou, které vn vedení je postiženo zkratem.

Princip řešení tedy spočívá vtom, že se nepřetržitě monitorují poklesy napětí na nn straně trojfázových vn transformátorů rozmístěných v místech spotřeby elektrické energie na vedeních vn sítě napájené z trojfázového wn transformátoru. Ze zaznamenaných a do řídicího střediska dálkově přenesených hloubek poklesů napětí se vyhodnotí nejhlubší dále se již neprohlubující pokles napětí. V okolí místa jeho změření se nachází úsek vn vedení se zkratem.

Objasnění výkresů

Vynález bude dále objasněn pomocí obr. 1 představujícího schéma sítě vysokého napětí uzpůsobené k určení úseku sítě se zkratem dále popsanými způsoby.

Příklady uskutečnění vynálezu

Vysokonapěťová síť je tvořena vedeními vycházejícími z napájecího troj fázového transformátoru 1 velmi vysokého napětí. Síť je opatřena řídicím centrem 2, které přijímá data od prvků sítě vybavených komunikačními prostředky. Samo řídicí centrum 2 svými daty odesílanými těmto prvkům zasahuje do softwaru těchto prvků. Na jednotlivých vn vedeních sítě jsou v místech spotřeby zapojeny vn/nn transformátory 3, které mají na nízkonapěťové straně připojena měřicí a komunikační zařízení 4 monitorující každé ze tří nn napětí. Měřicí a komunikační zařízení 4 vybavená softwarem umožňujícím určení úseku vn vedení se zkratem dále popsaným způsobem jsou datově propojena s řídicím centrem 2. Na počátku každého vn vedení sítě jsou zapojeny zkratové ochrany 5 s vypínačem. Síť, resp. vedení sítě jsou úsečníky 6, tj. vypínači, rozděleny na úseky, které lze prostřednictvím úsečníků 6 od sítě odpojit. Na vn vedeních mohou být instalovány měřicí transformátory nebo senzory 7. Zkratové ochrany 5 komunikují s řídicím centrem 2 prostředky 8 pro místní přenos dat, ostatní prvky sítě prostředky 9 pro dálkový přenos dat.

Dále uváděný příklad uskutečnění způsobu určení úseku sítě se zkratem předpokládá, že měřicí a komunikační zařízení 4 jsou opatřena softwarem, který je vybaven k požadované korekci hodnot nízkého napětí. Způsob určení úseku sítě vn se zkratem podle vynálezu lze realizovat, byť s menší spolehlivostí, i při vypuštění některých nebo všech dále uvedených kroků korekce naměřených dat.

Usek sítě vn se zkratem se stanoví tak, že měřicí a komunikační zařízení 4 sítě jsou synchronizována signály, např. z GPS a ve shodných okamžicích měří hodnoty napětí - vzorky na všech třech fázích nn strany vn/nn transformátorů 3 a u těchto naměřených dočasně uložených dat se provádějí následující korekce:

data se korigují proudovým zatížením jednotlivých nn fází před skokovým poklesem a při skokovém poklesu napětí, data se přepočítají na napětí na vn straně transformátoru 3 softwarem, který respektuje vlastnosti/parametry konkrétního vn/nn transformátoru 3, softwarem měřicího a komunikačního zařízení 4 se vypočítají zprůměrované hloubky poklesů fázových napětí u jednotlivých fází, a to tak, že se zprůměrují předchozími postupy korigované vzorky fázových napětí naměřené v úseku před skokovým poklesem a rovněž zprůměrují vzorky fázových napětí naměřené v úseku po skokovém poklesu do okamžiku vypnutí, vypočítá se poměr takto stanovených průměrných fázových napětí po poklesu k takto stanoveným průměrným fázovým napětím před poklesem, tyto hodnoty pro jednotlivé fáze se ukládají a z nich se vybere hodnota s nejhlubším poklesem, tento údaj se přenese do řídicího centra 2.

Způsob určení úseku vn sítě se zkratem může být realizován ve třech odlišných modech:

V základním modu jsou data o poklesech napětí přenášena do řídicího centra 2 ze všech měřicích a komunikačních zařízení 4 nepřetržitě bez ohledu na to, kde se měřicí a komunikační zařízení 4 na síti nacházejí a do jaké míry se jich zkrat bezprostředně týká.

-4CZ 309411 B6

Data o poklesu napětí jsou do řídicího centra 2 přenášena jen z měřicích a komunikačních zařízení 4, z nichž byla řídicím centrem 2 vyžádána. Řídicí centrum 2 si vyžádá data jen z měřicích a komunikačních zařízení 4 vn/nn transformátorů 3 instalovaných na vn vedení, jehož zkratová ochrana 5 informuje přes prostředky 8 pro místní přenos dat řídicí centrum 2 o zkratu na jí 5 chráněném vn vedení.

Pro určení úseku vn vedení se zkratem se ve třetím modu přenášejí jen data měřicích a komunikačních zařízení 4, jejichž software je nastaven tak, že do řídicího centra 2 vyšlou data o poklesu napětí jen v případě, že pokles napětí končí nulovým napětím. Tím zároveň signalizují ίο řídicímu centru 2, které vn vedení sítě je postiženo zkratem.

Řídicí centrum 2 z dat přenesených z měřicích a komunikačních jednotek 4 vn/nn transformátorů 3 zapoj ených za sebou na vn vedení vyhodnotí vn/nn transformátor 3, za kterým se j iž neprohlubuj e pokles napětí, tj. takový vn/nn transformátor 3, který je pravděpodobně připojen na úsek vn vedení 15 se zkratem.

Pokud má řídicí centrum 2 k dispozici údaje senzorů 7, zkontroluje jimi úsek vn vedení, ve kterém došlo ke zkratu.

Claims (9)

1. Způsob určení úseku vn vedení se zkratem ve vn síti, která je tvořena vedeními vycházejícími z napájecího trojfázového transformátoru (1) velmi vysokého napětí, je opatřena řídicím centrem (2), které komunikuje s prvky sítě: s měřicími a komunikačními zařízeními (4) napojenými na nn straně vn/nn transformátorů (3) zapojených v místech spotřeby, se zkratovými ochranami (5) s vypínačem, dále s dálkově ovládanými úsečníky (6) a s měřicími transformátory nebo senzory (7) případně instalovanými na vedeních vn, vyznačující se tím, že v měřicích a komunikačních zařízeních (4) vn/nn transformátorů (3) sítě vzorkujících nn napětí všech tří fází se v případě zkratu stanoví hloubka skokového poklesu nn napětí na těchto transformátorech (3) a přenese se do řídicího centra (2) sítě s časem výskytu poklesu, načež řídicí centrum (2) na základě sdílených dat podle odstupňovaných hloubek poklesů napětí přenesených z měřicích a komunikačních zařízení (4) vn/nn transformátorů (3) zapojených na vn vedení za sebou a po doplnění o údaje měřicích transformátorů a senzorů (7) vyhodnotí transformátor (3) s nejhlubším poklesem napětí, za kterým se již neprohlubuje pokles napětí a který je tudíž připojen na úsek vn vedení se zkratem.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že vzorky napětí se korigují proudovým zatížením jednotlivých nn fází.

3. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že korigované vzorky napětí se přepočítají na napětí na vn straně transformátoru (3), do jehož počítačového hardwaru měřicího a komunikačního zařízení se vloží jeho charakteristické vlastnosti, tj. počty závitů nebo model respektující jeho parametry, tj. jeho zapojení do hvězdy nebo trojúhelníku, proud a výkon naprázdno a proud a výkon nakrátko.

4. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že se vypočítají zprůměrované hloubky poklesů napětí jednotlivých fází, a to tak, že se zprůměrují korigované a přepočtené vzorky fázových napětí naměřené v úseku před skokovým poklesem a rovněž zprůměrují korigované a přepočtené vzorky fázových napětí naměřené v úseku po skokovém poklesu do okamžiku vypnutí, vypočítá se poměr takto stanovených průměrných fázových napětí po poklesu k takto stanoveným průměrným fázovým napětím před poklesem jako průměrná hloubka poklesu na fázi.

5. Způsob podle nároku 4, vyznačující se tím, že se ze zprůměrovaných hloubek poklesu napětí na nn fázích konkrétního vn/nn transformátoru (3) vybere hodnota s nejhlubším poklesem a výsledek se přenese do řídicího centra (2).

6. Způsob podle některého z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že se odečty napětí ve všech měřicích a komunikačních zřízeních sítě synchronizují a dálkově přenesená data se doplní o přesný čas skokové změny napětí.

7. Způsob podle některého z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že data ze všech měřicích a komunikačních zařízení (4) sítě se po vyhodnocení hloubek poklesů nepřetržitě přenášejí do řídicího centra (2), které je nepřetržitě vyhodnocuje a na jejich základě vyhodnotí úsek vn vedení se zkratem.

8. Způsob podle některého z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že teprve v okamžiku, kdy zkratová ochrana (5) vn vedení se zkratem signalizuje řídicímu centru (2) vypnutí odpovídajícího vn vedení, si řídicí centrum (2) od měřicích a komunikačních zařízení (4) tohoto vn vedení vyžádá data popisující hloubky poklesů napětí na vn/nn transformátorech (3).

9. Způsob podle některého z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že v měřicích a komunikačních zařízeních (4) všech vn/nn transformátorů (3) se software nastaví tak, že v případě zkratu tato zařízení (4) odešlou data do řídicího centra (2) jen v případě, že u nich konečné napětí po zkratu poklesne na nulu.