RU1820974C - Способ определени поврежденных фаз и вида повреждени линии электропередачи - Google Patents

Abstract

Использование: избиратели фаз. дистанционна  защита, определители мета повреждени  в лини х электропередачи. Сущность изобретени : измер ют фазные токи и ток нулевой последовательности, формируют свободные сигналы путем подавлени  периодического сигнала основной частоты, формируют безнулевые свободные сигналы и сравнивают их по величине и на этой основе идентифицируют однофазное и двухфазное замыкание, в противном случае настраивают на сигнал нулевой последовательности адаптивный фильтр, а затем пропускают через него свободные фазные сигналы, сравнивают выходные сигналы между собой и на этой основе идентифицируют замыкание на землю. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.. 6 ил. v fe 00 ю о ю XI 4 CJ

Description

Изобретение относитс  к электротехни-Ток нулевой последовательности опре- ке, а именно к релейной защите и системной делаетс  как среднее мгновенное значение автоматике, и может быть использовано в фазных токов избирател х фаз, дистанционной защите, определител х места повреждени . 5 io (1/3)(iA + IB + Ic), (1)

Цель изобретени  - дальнейшее повы-. шение чувствительности способа определе- а безнулева  составл юща  - как разность ии  поврежденных фаз и повышение мгновенных значений фазных токов и тока надежности его функционировани . нулевой последовательности

На фиг. 1 изображена схема линии элек- 10

тропередачи без указани  повреждени ; - ь 0} фиг.2-4 - та же схема, но с указанием вида Ток |о может быть И3мерен в линии непос- короткого замыкани : междуфазного, одно- рвдстввнно. Тогда (1) не примен етс , но фазногои двухфазного; на фиг.5-структур-

на  схема, реализующа  предлагаемый 15 Ь/определ етс  no-прежнемукак (2). способ; на фиг.6, используемой при теоретиче-Предлагаемый способ основан на сле- ском обосновании способа,- комплексна  схе- дующих теоретических положени х: ма замещени  электропередачи в свободном 1- Свободные нулева  и безнулева  со режиме при двухфазном замыкании на землю. ставл ющие могут быть найдены из компНа фиг.1 указаны фазы электропереда- 20 лексных схем замещени . Но эти схемы не чи 1-3 и место измерени  токов 4. На фиг.2- следует путать с широко известными схема- 3 отдельно указаны особа  фаза 5, ми дл  симметричных составл ющих, кото- отстающа  6 и опережающа  7 фазы. Указа- Рые б отражают временных процессов, так но также место повреждени  8, хот  оно и как от мгновенных величин пр мой и обрат- неизвестно. Схема фиг.5 состоит из следую- 25 ной последовательности невозможно пе- щих блоков: заграждающих фильтров 9-12. рейти к фазным величинам, предназначенных дл  подавлени  устано-2. Если имеютс  две идентичные цепи и вившихс  слагаемых токов, вычитателей 13- в какой-нибудь из их одинаковых ветвей 15. компараторов 16-21, предназначенных свободные процессы совпадают, то они бу- дл  вы влени  токов, совпадающих по вели- 30 - ДУ совпадать во всех остальных одинако- чине и одинаковых или противоположных вых ветв х. Доказываетс  на основании по направлению, адаптивного фильтра 22. принципа компенсации - свободный про- настраивающегос  по своему входному сиг- цеес в цепи может быть интерпретирован налу, цифровых фильтров 23-25, параметры как реакци  на действие свободного тока которых задаютс  адаптивным фильтром 35 одной из ветвей. - 22, и селекторов 26.27, которые анализиру- 3. Система безнулевых составл ющих ют выходные сигналы компараторов 16-18 уравновешена, т.е. или 19-21. В результате такого анализа селекторы определ ют особую фазу и вид по- f+ j f - 1+if-f4 0 (3) вреждени . Информаци  о фазе по вл етс  40

на выходах 28-33, а о повреждении - на4. При междуфазном замыкании (фиг.2) выходах 34-36: при междуфазном - на вы- выполн ютс  соотношени : ходе 34, однофазном-на выходе 35 и. двух- 0. фазном на землю - на выходе 36.

КомплекснЕ  схема замещени  (фиг.6) 45 согласно (2)

выполнена.в системе нулевой и безнулевых.,.. /41 составл ющих 5 и состоит из подсхем пр - v мой (обратной) 37,38 и нулевой 39 последовательностей . По отношению к месту вместе двухфазного замыкани  повреждени  подсхемы представл ют со- 50 бой входные операторные сопротивлени  . Z(p). Z0(p)- Комплексна  схема отнесена к особой фазе , в качестве которой может согласно (4) выступать люба  из трех реально существу- ющих фаз v А, В, С, где v-обозначение 55 ..-. произвольной фазы. Фазы, отстающие и ииз(3) опережающие по отношению к особой. .

будем обозначать соответственно.-; ц, и to. , t 1 и Ч- 1 If5 т «f.|-t-i. ъ отсюда и дл  свободного режима

ЧЈ-1,св -l f.Ј + 1,cB

причем в силу положени  2 равенство (5) справедливо дл  токов в любом месте симметричной линии электропередачи, в том числе и в месте повреждени  (таблица).

5. При однофазном замыкании (фиг.З) в месте повреждени 

lf.Ј -1 lf.Ј + . и согласно

ir.Ј -1 if,Ј +1.

откуда дл  свободного режима

if.Ј - I.CB if,Ј + 1,св.

что, как и (5). справедливо в любом месте, в том числе и в месте повреждени  (табл.1).

6. При двухфазном замыкании на землю (фиг.А) нет простых соотношений вроде (5), (6), но есть определенные закономерности в протекании переходного процесса. Дело в том, что характеристическое уравнение цепи по фиг.1 дл  разных ветвей выгл дит по-разному. Относительно ветвей 37, 38

Это положение не зависит от того, где наход тс  источники и каковы начальные услови . По сним его. Свободные величины состо т из отдельных слагаемых - затухаю- 5 щих гармоник (в частном случае экспонент). Пусть

10

15

20

25

.-Alt

UA UAesln(wAt+4 l) (13) есть одна из таких слагаемых в напр жении между узлами схемы по фиг.6. а

lfЈ - U sin ( t + уА) (14) то же, но в токе одной ветви. Между ними имеетс  следующа  взаимосв зь:

lf.Ј - U Im (UA/L (рА)) еР . (15)

где UA UAexp J.4& . Ток определ етс  параметрами напр жени  и входным операторным сопротивлением, определенным на частоте рА. Начальные услови  в это соотношение не вход т, равно как и источники. Таким образом,

IA IAexpjyA UA/L(pA)

r$Vut% °

или

L(p)+2 Lo (р)0

Цр)0

и относительно ветви 38

L(p) + L(p)/2 0.

что совпадает с (7), но никак не отражает (8). Пусть рЯ - + jort. и р/4 - fa + Щ1 корни уравнени  (7) и, соответственно, (8). Тогда можно утверждать, что свободный безнулевой ток содержит колебани  комплексных частот рА и рц, а ток нулевой последовательности - только частот

if.Ј - I.CB if.Ј - 1(PA) + lf.Ј -1 (рц) (9) if,Ј + ив if.Ј + i(pA) + if,Ј +1 (pp) 1°)

Ifo.ce ifo(pA),(H)

Комплексные частоты рА  вл ютс  общими дл  всей электрической цепи, а часто- ты р/4 - внутренними, только дл  параллельных идентичных ветвей.

7. Свободные токи в идентичных парал- .лельных ветв х на общих частотах всей цепи рА одинаковы, т.е. lf.Ј -1 (РА) lfЈ +1 (РА) If (PA). (12)

IA UA/mod L (рА) 30 уА ФА - arg L (РА)

35

40

45

и эти св зи справедливы дл  обеих идентичных ветвей.

, 8. На частотах ры внутреннего переходного процесса св зь между токами ветвей § - 1 иЈ + 1 противоположна (12)

UЈ - 1 (p/i) - If| + 1 (BU) if (P/).(16)

В самом деле, поскольку в элементе 39 схемы фиг.6 тока частот гэ« нет, то свободный процесс на этих частотах должен замыкатьс  в контуре, состо щем из двух элементов 37,38.

Подытожива , перепишем (9), (10) с учетом (12), (16)

if .Ј - i.ce if (pA)-Hf Oja) if,Ј-И.св if (рА) - if (jju).

(17)

(18)

9. Спектральный состав всех токов внутри каждой подсхемы одинаков, поэтому с учетом положени  2 свойства (17), (18) распростран ютс  и на токи в месте измерени  (таблица). Что же касаетс  тока нулевой последовательности , то в месте измерени  его спектр также не содержит частот Рд. как и ток ifo.ce (табл.1).

Гпойства свободных токов при различных видах коротких Замыканий

Ю. Спектральный состав реальных свободных токов ограничен. Этому есть две причины. Во-первых, высокочастотные компоненты переходного процесса ослабл ютс  измерительными трансформаторами тока. Во-вторых, при аналого-цифровом преобразовании токов примен етс  еще и фильтраци  нижних частот (подавление верхних ), как того требует теорема Котельнико- ва. Отсюда следует, что слагаемые токов двухфазного замыкани  на землю выражаетс  конечными суммами затухающих гармоник (экспонент):

Амаксat

i(pA)(ft At+yA) (19)

А 1

ЯмаксrU

W ЕМ sm (ф +$)(20) ./«

Ямзксnt

IOCB 2 оА sm (ой, t + уА).. (21) А 1

Верхние индексы в (20) проставлены во избежание путаницы параметров общего и внутреннего переходных процессов.

11. Адаптивна  фильтраци  свободного тока за строго определенное врем  и без методической погрешности подавл ет конечную сумму затухающих гармоник. Дл  подавлени , например, сигнала (21) потребуетс  адаптивный фильтр пор дка m -2 Амакс. Его уравнение

i(k)Vasi(k-S), , s 1

(22)

где k - дискретное врем , as - параметры фильтра, определ емые в процессе адаптации к входному сигналу i(k), i(k) - выходной сигнал, .k 0 - момент начала настройки адаптивного фильтра. Адаптаци  (настройка ) заключаетс  в подборе параметров as из услови  близости оценок l(k) к измеренным отсчетам входного сигнала l(k).

12. Линейное преобразование не измен ет спектра комплексных частот. В частности , операци 

V(t) - -iCB (t) + Ice (t - T)

(23) 55

создает пыходной сигнал V(t) с тем же спектром частот, что и входной сигнал (Св(т).

13. Адаптипный фильтр (22), настроенный на сигнал с некоторым спектром частот

p, подавит и любой другой сигнал с тем же частотным спектром.

Подавл ющие свойства фильтра (22) определ ютс  корн ми его характеристического уравнени , а они в свою очередь определ ютс  только лишь частотами р свободного сигнала на который настроен данный фильтр, и не зависит от амплитуд и начальных фаз отдельных затухающих гармоник .

Перейдем к изложению предлагаемого способа. При этом понадоб тс  схема фиг.5, соотношени , сведенные в таблицу, и положени  11-13. Способ образован следующей

совокупностью операций, выполн емых в заданной последовательности. В месте 4, условно называемом началом линии, измер ютс  токи I) фаз 1-3(фиг.1). Эту операцию осуществл ют измерительные трансформаторы тока. Ток нулевой последовательности lo, возможно, также измер етс  при помощи специального трансформатора. Иной вариант заключаетс  в определении тока lo посредством усреднени  фазных токов

(формула 1). Дл  этого понадобитс  сумматор с делителем выходного сигнала (на схеме J фиг.5 не предусмотрен). Дальнейшие операции частично могут выполн тьс  над аналоговыми сигналами. Но на определенном-этапе могут понадобитьс  дискретные

сигналы. Поскольку это не принципиально,

-далее предполагаетс , что на схему фиг.5

подаютс  дискретные сигналы fy, lo, т.е. аналого-цифровое преобразование совершаетс  еще до входа схемы. Если fo - номинальна  частота сети, a - частота дискретизации, то принимаетс , что N .fd/fo есть целое число.

Токи I , lo содержат установившуюс  и

свободную слагаемые

I lyci + ice.

Установивша с  - периодическа  1уст (k) iycr (k- N).

в предлагаемом способе она не используетс  и должна быть подавлена. Операци  подавлени  установившейс  слагаемой выполн етс  путем вычитани  отсчетов, отсто щих друг от друга на период основной частоты

V(k) -i(k) + l(k - N),(24) что и составл ет содержание блоков 9-12. При этом подавл етс  как основна  гармоника , так и высшие гармоники, и нулева  тоже. Свободную же слагаемую операци  вычитани  отсчетов (24) не пол-эичн г и. как и аналогова  операци  (7Г н« илмои ег

спектрального состава свободного гока. Если записать свободный ток с указанием его комплексных частот:

lcn(k) lce(k, p), то о сигнале V(k) можно сказать , что V(k) - VCB(K) - Vce(k. p) хот  само по себе соотношение между V(k) и 1св(к) имеет форму (24).

Дальнейшие операции классифицируют повреждени  в соответствии с соотноше- ни ми, приведенными в таблице. Предварительно определ ютс  безнулевые

величины Vv Vv- V0 (вычитатели 13-15). Существенно, что свойства безнулевых свободных токов передаютс  величинами Vv в полном объеме, так как Vv и V св заны между собой тем же линейным преобразованием , что и величина V0 с током Г0.

Операци  сравнени  сигналов Vv между собой заключаетс  в сравнении их знаков , а затем и величин. Компараторы 16-18, осуществл ющие указанную операцию, сравнивают разность модулей с установкой F, . масштабируемой в соответствии с уровнем сравниваемых величин

IVvHVv-ll e VvU|Vv-llT (25)

и если неравенство выполн етс , то опера- ци  сравнени  дает положительный результат (один из компараторов 16-18 срабатывает).

Следующа  операци  - выбор особой фазы и определение вида повреждени  по результатам сравнени  сигналов Vv (табл.2). На схеме фиг.5 ее осуществл ет селектор 26. Если обнаружилось, что совпадают по величине только два из трех сигналов Vv (сработал один из трех компараторов 16-18), то ситуаци  идентифицируетс  как однофазное либо междуфазное замыкание.

Дополнительно анализируют знаки сравниваемых величин (табл. 2). Если они совпадают, то замыкание определ етс  как однофазное, а если противоположны - междуфазное . Особа  фаза определ етс  тем, какие из сигналов Vv совпали по величине.

Может оказатьс , что условие (25) не выполн етс  ни при каком из трех значений V или, наоборот, выполн етс  сразу при двух (или всех трех) значени х. Тогда анализируетс  верси  о двухфазном замыкании на землю (блоки 19-27). Здесь перва  операци  - адаптивна  фильтраци  сигнала нулевой последовательности Vo (настройка адаптивного фильтра 22 на подавление этого сигнала). Затем такой же обработке под

вергаютс  три фазных сигнала Vr. Но между первой и следующими операци ми имеютс  существенные различи . Параметры ад п- тивной фильтрации определ ютс  лишь однажды - при подавлении сигнала V0. Отсюда и различие между фильтрами 22 и 23-25: первый - адаптивный, действует по алгоритму (22), и его параметры as заранее неизвестны. После егс настройки (процедуpd настройки описана в 6)эти параметры передаютс  обычным (неадаптивным) цифровым фильтрам 23-25. Отсюда  сно, что перва , адаптивна , фильтраци  определит параметры, необходимые дл  подавлени 

частот f. присутствующих в токе нулезой последовательности, а последующие процессы фильтрации фазных величин Vv уже не требуют настройки; получив найденные параметры, эти процессы подав т составл ющие частот р. в обрабатывр-эмых величинах . Результат фильтрации - величины W; (выходные величины цифровых фильтров 23-25) содержат только частоты р„ внутреннего переходного процесса, и в соответстВии с данными таблицы 1 можно утверждать, что при двухфазном замыкании на землю величины двух поврежденных фаз дадут результат

0

5 0

,-

5

W -WI-H-W O,

что же касаетс  третьей, особой, фазы, то в силу равенства (3) ее величина

V| - (VЈ - , + V| + 0 - 2 V (рА)

имеет тот же спектральный состав, что и ток нулевой последовательности, и следовательно , будет подавлена в процессе фильтрации ).

Следующа  операци  - обнаружение совпадающих по величине и противоположных по знаку сигналов Wv . На схеме эту операцию выполн ют компараторы 19-21. Операци  сравнени  величин трех сигналов Wv совершаетс  так же, как и описанна  выше операци  сравнени  сигналов Vv. Но здесь проверка знаков сигналов решает более простую задачу - всего лишь подтверждени  закономерности, присущей двухфазному замыканию на землю. Если обнаруживаютс  два сигнала Wv и Wv -1 совпадающие по величине в смысле услови  (25), и их знаки противоположны, то идентифицируетс  данный вид повреждени , и остаетс  совершить заключительную операцию - выбрать поврежденные фазы. На схеме эту задачу решает селектор 27.

определ ющий сработавший компаратор из числа 19-21 и указывающий соответствующие ему фазы. Если вы сн етс , что признаки таблицы 1, присущие неполнофазным замыкани м, не обнаруживаютс , то данное обсто тельство трактуетс  как трехфазна  коммутаци  - изменение нагрузки линии электропередачи или трехфазное короткое замыкание.

Как следует из вышеизложенного, опи- санный способ обладает абсолютной чувствительностью , его действие не зависит от схемы сети, числа источников, предшествующего режима,  влений в месте повреждени . В его основе лежат закономерности свободного процесса в трехфазной сети, нос щие фундаментальный характер и ранее неизвестные.

Claims (2)

1. Формула изобретени  1. Способ определени  поврежденных фаз и вида повреждени  линии электропередачи путем измерени  и преобразовани  трехфазных токов и тока нулевой последо- вательности. компенсации фазных токов нулевой последовательности, сравнени  компенсированных сигналов и формировани  выходных сигналов, о тличающийс  тем, что во всех измеренных.токах подавл ют составл ющие основной частоты и ее гармоник, формиру  тем самым три свобод- ных фазных сигнала и свободный сигнал нулевой последовательности, компенсацию фазных токов осуществл ют путем вычитаСвойства свободных токов при различных видах коротких замыканий

   Примечание: к - междуфазное замыкание: к 1 -однофазное; к - двухфазное на землю.

   Выбор особой фазы и определение вида повреждени 

   ни  свободного сигнала нулевой последовательности из всех свободных разных сигналов , формиру  тем самым три безнулевых свободных сигнала, сравнение компенсированных сигналов осуществл ют путем непосредственного сравнени  мгновенных значений безнулевых свободных сигналов по величине и по знаку, и, если два из них совпадают по величине и противоположны по направлению, то идентифицируют двухфазное короткое замыкание фаз, соответствующих двум указанным сигналам, если же два из них совпадают и по величине и по направлению, то идентифицируют однофазное замыкание на землю фазы, соответствующей третьему сигналу, в противном случае пропускают свободный сигнал нулевой последовательности через адаптивный фильтр, настраивают адаптивный фильтр на подавление указанного сигнала и пропускают через настроенный адаптивный фильтр свободные фазные сигналы, формиру  три выходных сигнала, сравнивают выходные сигналы между собой и, если два из них совпадают по величине и противоположны по направлению, то идентифицируют замыкание на землю двух фаз, соответствующих указанным сигналам.
2. 2. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и и с   тем, что дл  подавлени  составл ющей основной частоты и ее гармоник отсчеты каждого измеренного фазного тока вычитают с интервалом в период.

   Та 6 л и ц а 1

   Таблица 2