RU2050660C1 - Method for detecting defective phases in power transmission line or feeder - Google Patents

Method for detecting defective phases in power transmission line or feeder Download PDF

Info

Publication number
RU2050660C1
RU2050660C1 RU92007490A RU92007490A RU2050660C1 RU 2050660 C1 RU2050660 C1 RU 2050660C1 RU 92007490 A RU92007490 A RU 92007490A RU 92007490 A RU92007490 A RU 92007490A RU 2050660 C1 RU2050660 C1 RU 2050660C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
emergency
energy
energies
phase
zero
Prior art date
Application number
RU92007490A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU92007490A (en
Inventor
Ю.Я. Лямец
Original Assignee
Чувашский государственный университет им.И.Н.Ульянова
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Чувашский государственный университет им.И.Н.Ульянова filed Critical Чувашский государственный университет им.И.Н.Ульянова
Priority to RU92007490A priority Critical patent/RU2050660C1/en
Publication of RU92007490A publication Critical patent/RU92007490A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2050660C1 publication Critical patent/RU2050660C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Stand-By Power Supply Arrangements (AREA)

Abstract

FIELD: relay protection of distribution systems and high-voltage power transmission lines. SUBSTANCE: method depends on mechanisms characteristic of relationships between energies of emergency addends of their no-zero components and zero-sequence components. In faulty phases, difference between energies of emergency addends and energy of zero-sequence component exceeds energy of no-zero component. In case of phase-to-phase fault, when zero sequence is negligible, levels of emergency energies of separate phases are checked. EFFECT: improved selectivity of method due to using energy of emergency addends of electric quantities as information parameters. 4 dwg

Description

Изобретение относится к релейной защите и автоматике электрических систем и может быть использовано в дистанционной защите линий электропередачи и в устройстве однофазного автоматического повторного включения для выбора поврежденных фаз, а также в распределительных сетях (с изолированной нейтралью) для выбора поврежденного фидера и указания его поврежденных фаз. The invention relates to relay protection and automation of electrical systems and can be used in the remote protection of power lines and in a single-phase automatic reconnection device for selecting damaged phases, as well as in distribution networks (with insulated neutral) for selecting a damaged feeder and indicating its damaged phases.

Известные способы предназначаются для применения в сети с каким-либо одним режимом нейтрали. Предлагаемый способ построен в расчете на любой режим. Known methods are intended for use on a network with any one neutral mode. The proposed method is built based on any mode.

Известен способ определения поврежденного фидера путем анализа угловых соотношений между комплексами напряжения и тока [1] Он ориентирован на выделение установившихся слагаемых входных величин, обычно напряжения и тока нулевой последовательноcти. Но установившийся ток нулевой последовательности в сетях с изолированной нейтралью незначителен, находится на уровне тока небаланса, что имеет следствием пониженную чувствительность способа. A known method for determining a damaged feeder by analyzing the angular relationships between voltage and current complexes [1] It is focused on the allocation of the established terms of the input quantities, usually voltage and zero-sequence current. But the steady-state zero-sequence current in networks with isolated neutral is insignificant, it is at the level of unbalance current, which results in a reduced sensitivity of the method.

Более высокой чувствительностью обладают способы, действующие и при переходных процессах в электрической сети [2] Эти способы требуют фиксации момента короткого замыкания, формирования аварийных слагаемых напряжений и токов и определения знака их мгновенной мощности. При повреждении фидера такая его аварийная мощность в первый момент должна иметь отрицательный знак. Однако подобное условие не носит абсолютного характера, т.е. с течением времени аварийная мощность может изменить свой знак. Следовательно, данные способы не обладают абсолютной селективностью. More sensitive are the methods that operate during transients in the electric network [2]. These methods require fixing the moment of short circuit, the formation of emergency components of voltages and currents and determining the sign of their instantaneous power. If the feeder is damaged, its emergency power at the first moment should have a negative sign. However, such a condition is not absolute, i.e. over time, emergency power may change sign. Therefore, these methods do not have absolute selectivity.

Далее показано, что в отличие от мгновенной аварийной мощности абсолютную селективность гарантирует мгновенная аварийная энергия. Знак энергии аварийных составляющих используется как параметр повреждения. Однако речь идет об аварийных слагаемых междуфазных величин, т.е. линейных напряжений и токов, причем однофазные короткие замыкания идентифицируются по незначительному изменению величины, связанной с неповрежденными фазами. Следовательно, аварийная энергия используется как параметр только для идентификации повреждения линии, но не для выбора поврежденных фаз. Если повреждение линии идентифируются операцией определения знака энергии, что гарантирует абсолютную селективность, то поврежденные фазы определяются операцией сравнения величины с уставкой. Выбор уставки задача статистическая, поэтому здесь абсолютная селективность не гарантируется. It is further shown that, unlike instantaneous emergency power, absolute selectivity is guaranteed by instantaneous emergency energy. The energy mark of emergency components is used as a parameter of damage. However, we are talking about emergency terms of interphase quantities, i.e. line voltages and currents, and single-phase short circuits are identified by a slight change in the value associated with intact phases. Therefore, emergency energy is used as a parameter only to identify line damage, but not to select damaged phases. If line damage is identified by the operation of determining the sign of energy, which guarantees absolute selectivity, then the damaged phases are determined by the operation of comparing the value with the set point. The choice of the setpoint is a statistical task, therefore, absolute selectivity is not guaranteed here.

Цель изобретения повышение селективности способа выбора поврежденных фаз с использованием таких информационных параметров, как энергии, передаваемые в чисто аварийном режиме. The purpose of the invention is to increase the selectivity of the method of selecting damaged phases using information parameters such as energy transmitted in a purely emergency mode.

Цель достигается тем, что способ определения поврежденных фаз линии электропередачи (фидера) путем одностороннего измерения напряжений и токов каждой линии, фиксации момента повреждения, формирования аварийных слагаемых напряжений и токов, определения знака их энергии и констатации повреждения, если знак отрицателен, дополнен операциями, четко выявляющими поврежденные фазы, а именно формирования безнулевых аварийных слагаемых напряжений и токов путем устранения нулевой последовательности (центрирование), определения трех типов фазных энергий и еще энергии нулевой последовательности, первых фазных энергий по аварийным слагаемым напряжений и токов, вторых по безнулевым (центрированным) аварийным слагаемым, а третьих как разности первых энергий и энергии нулевой последовательности, выявления энергий достаточного уровня, определения их знаков и, если все знаки отрицательны, констатации повреждения фидера, сравнения абсолютных значений вторых и третьих энергий каждой фазы и констатации повреждения тех фаз, у которых третья энергия превышает вторую. The goal is achieved in that the method for determining the damaged phases of a power line (feeder) by unilaterally measuring the voltages and currents of each line, fixing the moment of damage, generating emergency components of voltages and currents, determining the sign of their energy and reporting damage, if the sign is negative, supplemented by operations, clearly revealing damaged phases, namely the formation of non-zero emergency components of voltages and currents by eliminating the zero sequence (centering), determining three types of phase energies and also zero-sequence energies, the first phase energies for the emergency terms of voltages and currents, the second for non-zero (centered) emergency terms, and the third as the difference of the first energies and zero sequence energies, identifying energies of an adequate level, determining their signs and, if all the signs are negative, stating damage to the feeder, comparing the absolute values of the second and third energies of each phase and stating damage to those phases in which the third energy exceeds the second.

Существуют закономерности, устанавливающие определенные соотношения между энергиями разных типов при повреждении отдельных фаз линии электропередачи. Ранее эти соотношения не были известны. Именно они лежат в основе предлагаемого способа. There are patterns that establish certain relationships between different types of energies when individual phases of a power line are damaged. Previously, these ratios were not known. They are the basis of the proposed method.

Фиг. 1 и 2 иллюстрируют повреждение одной фазы фидера распределительной сети: на фиг. 1 приведена схема сети, на фиг. 2 ее модель для безнулевых составляющих фазы ν на фиг. 3 приведена векторная диаграмма различных составляющих трех токов фидера при двухфазном замыкании на землю; на фиг. 4 функциональная схема способа. FIG. 1 and 2 illustrate damage to one phase of a distribution network feeder: in FIG. 1 is a network diagram; FIG. 2 its model for non-zero components of phase ν in FIG. 3 is a vector diagram of various components of three feeder currents in a two-phase earth fault; in FIG. 4 functional diagram of the method.

Контролируемая сеть включает в себя поврежденный и неповрежденный фидеры 1 и 2 с их нагрузками 3 и 4. Фидеры подключены к шинам 5, питающимся от трансформатора 6, подключенного к источнику 7. К шинам подсоединена катушка 8. На фиг. 2 Cs1 и Cr2 емкости левой и правой частей поврежденного фидера, Rr1, Rr2, Lr1, Lr2 сопротивления и индуктивности нагрузки фидеров, Lт и Lк индуктивности трансформатора и катушки.The monitored network includes damaged and undamaged feeders 1 and 2 with their loads 3 and 4. The feeders are connected to the buses 5 powered by a transformer 6 connected to the source 7. Coil 8 is connected to the buses. FIG. 2 C s1 and C r2 capacitance of the left and right parts of the damaged feeder, R r1 , R r2 , L r1 , L r2 resistance and load inductance of feeders, L t and L to the inductance of the transformer and coil.

Структурная схема состоит из умножителей 9-15, играющих роль датчиков мгновенной мощности, интеграторов 16-22, выполняющих функцию датчиков энергии, вычислителей 23-25, пороговых элементов 26-28, предназначенных для определения уровня и знака энергии, логического элемента И 29, фиксирующего повреждение фидера, схема 30-32 сравнения, сопоставляющих уровни энергий разных типов, и пускового органа 33, фиксирующего момент повреждения. Интеграторы 16-25 снабжены входами установки на ноль 34-40 и запускаются только после снятия сигнала с этих входов. The block diagram consists of multipliers 9-15, playing the role of instantaneous power sensors, integrators 16-22, performing the function of energy sensors, calculators 23-25, threshold elements 26-28, designed to determine the level and sign of energy, a logical element And 29, fixing damage to the feeder, a comparison circuit 30-32 comparing the energy levels of different types, and a trigger 33, fixing the moment of damage. The integrators 16-25 are equipped with installation inputs to zero 34-40 and only start after removing the signal from these inputs.

Входными величинами служат напряжения и токи в начале каждого фидера (линии электропередачи) Uν и iν, где ν A, B, C обозначение произвольной фазы. Кроме того, в тех же местах измеряются напряжения и токи нулевой последовательности Uo и io. Предположим, что в момент t=0 зафиксировано повреждение сети, проявившееся, например, в резком повышении уровня тока io. Начиная с этого момента, наблюдаемый режим интерпретируется как аварийный, а предшествующий ему как доаварийный. Токи и напряжения доаварийного режима запоминаются как величины iνn и Uνn, а затем экстраполируются на время после to как величины

Figure 00000001
и
Figure 00000002
. Если доаварийный процесс был периодическим, то экстраполяция заключается в повторении периодов. Ааварийные слагаемые входных величин определяются как разности двух сигналов: наблюдаемого и генерируемого по памяти:
iνp(t)= iν(t)-
Figure 00000003
(t); uνp(t)= uν(t)
Figure 00000004
(t). (1)
Дополнительно определяются безнулевые токи и напряжения путем устранения из аварийных слагаемых (1) нулевой последовательности:
iνp'(t) iνp(t) io(t);
Uνp'(t) Uνp(t) Uo(t). (2)
C помощью фиг. 1 и 2 иллюстрируются теоретические основы предлагаемого способа. Схема замещения сети для аварийных слагаемых электрических величин содержит только те источники, которые действуют в самом месте повреждения. Так, при однофазном замыкании (фиг. 1) все аварийные слагаемые (1) представляют собой реакцию сети (при нулевых начальных условиях) на включение в момент t= 0 источника тока if. С аварийными слагаемыми связаны мгновенная аварийная мощность и мгновенная аварийная энергия, передаваемые по каждой фазе сети напряжением Uνp и током iνp:
Pνp(t) Uνp(t) iνp(t); (3)
ωνp(t)
Figure 00000005
pνp(τ)dτ. (4)
Очевидно, что в начальной стадии аварийного процесса мощность передается во все стороны от источника if. В резистивных элементах сети эта мощность рассеивается, и потребляемая ими энергия монотонно возрастает, а в индуктивностях и емкостях процессы протекают сложнее. В начальной стадии мощность идет на накопление энергии, т.е. потребляется, но вскоре эти элементы могут приступить к обмену энергией с сетью, после чего их мощность изменяет свой знак. Энергия же (в отличие от мощности) пассивных участков сети отрицательной стать не может: энергия индуктивности и емкости в любой момент времени определяется как L iL 2/2 и CuC 2/2, где iL и UC ток и соответственно напряжение этих элементов. Следовательно, знак переданной аварийной энергии безошибочно свидетельствует о взаимном расположении единственного источника и остальной части сети. Данное положение справедливо как для полных аварийных величин, так и для их отдельных составляющих. Так, очевидно, что энергия нулевой последовательности
ω01=
Figure 00000006
u01(τ) i01(τ)dτ (5) зарегистрирована в начале поврежденного фидера 1 как отрицательная величина, поскольку источники этой энергии действуют в месте повреждения, а приемники подключены к шинам. В частности, таким приемником является и неповрежденный фидер 2, внутри которого источников нет, и его энергия ω02 зафиксирована как положительная величина. Электрическая связь нагрузок 3 и 4 двух фидеров может заметно снизить уровень энергии ω02, но не должна повлиять на ее знак, так как поврежденный фидер остается кратчайшим путем, связывающим источник аварийной энергии с общими шинами подстанции.The input quantities are the voltages and currents at the beginning of each feeder (power line) U ν and i ν , where ν A, B, C is the designation of an arbitrary phase. In addition, in the same places measured voltages and currents of the zero sequence U o and i o . Suppose that at time t = 0, a network damage was detected, which manifested itself, for example, in a sharp increase in the current level i o . From this moment, the observed mode is interpreted as emergency, and the preceding one as pre-emergency. The currents and voltages of the pre-emergency mode are stored as values i νn and U νn , and then extrapolated to the time after t o as values
Figure 00000001
and
Figure 00000002
. If the pre-accident process was periodic, then extrapolation consists in repeating periods. The accidental terms of the input quantities are defined as the differences of two signals: the observed and the generated from memory:
i νp (t) = i ν (t) -
Figure 00000003
(t); u νp (t) = u ν (t)
Figure 00000004
(t). (1)
In addition, non-zero currents and voltages are determined by eliminating from the emergency terms (1) the zero sequence:
i νp '(t) i νp (t) i o (t);
U νp '(t) U νp (t) U o (t). (2)
Using FIG. 1 and 2 illustrate the theoretical foundations of the proposed method. The network equivalent circuit for the emergency components of electrical quantities contains only those sources that act in the place of damage. So, with a single-phase closure (Fig. 1), all the alarm terms (1) represent the network response (at zero initial conditions) to the inclusion of the current source i f at time t = 0. The emergency components are associated with instantaneous emergency power and instantaneous emergency energy transmitted over each phase of the network with voltage U νp and current i νp :
P νp ( t) U νp (t) i νp (t); (3)
ω νp (t)
Figure 00000005
p νp (τ) dτ. (4)
It is obvious that at the initial stage of the emergency process, power is transmitted in all directions from the source i f . In the resistive elements of the network, this power is dissipated, and the energy consumed by them monotonically increases, and in inductors and capacitors, the processes proceed more complicated. In the initial stage, the power goes to the accumulation of energy, i.e. consumed, but soon these elements can begin to exchange energy with the network, after which their power changes its sign. The energy (as opposed to power) coasting network negative can not become: inductance energy and capacity at any given time is defined as L i L 2/2 and Cu C 2/2 where i L and U C current and accordingly the tension of these elements. Consequently, the sign of the transmitted emergency energy accurately indicates the relative position of the single source and the rest of the network. This provision is valid both for full emergency values, and for their individual components. So, obviously, the zero sequence energy
ω 01 =
Figure 00000006
u 01 (τ) i 01 (τ) dτ (5) is registered at the beginning of damaged feeder 1 as a negative value, since the sources of this energy act at the place of damage and the receivers are connected to the buses. In particular, such a receiver is also an intact feeder 2, inside which there are no sources, and its energy ω 02 is fixed as a positive value. The electrical connection of the loads 3 and 4 of the two feeders can significantly reduce the energy level ω 02 , but should not affect its sign, since the damaged feeder remains the shortest path connecting the emergency power source with the common substation buses.

Безнулевые напряжения и токи действуют в обособленных фазах (фиг. 2), для каждой из которых справедливо положение о знаке аварийной энергии. Так, в конкретной схеме по фиг. 2 аварийная энергия

Figure 00000007
=
Figure 00000008
u
Figure 00000009
(τ) i
Figure 00000010
(τ) dτ<0 передается из поврежденного фидера в индуктивности катушки 8 и трансформатора 6. В нее также входит аварийная энергия, поступающая в фидер 2 и фиксируемая его напряжением и током как положительная величина
Figure 00000011
=
Figure 00000012
u
Figure 00000013
(τ) i
Figure 00000014
(τ) dτ>0
Таким образом, поврежденный фидер распознается четырьмя условиям: знаками трех энергий безнулевых аварийных составляющих и энергии нулевой последовательности:
ωAp' < 0; ωBp'< 0; ωCp'< 0; (6)
ωo < 0 (7)
Теоретической основой выявления поврежденных фаз служит различие структур аварийных мощностей, распространяющихся по здоровым и поврежденным фазам. Посмотрим, в какой комбинации входят в аварийную мощность, а следовательно, и в аварийную энергию мощности безнулевых аварийных составляющих Pνp' Uνp' iνp' и нулевой последовательности Po=Uo io:
Pνp Uνp iνp (Uνp' + Uo)(iνp' + io)
Pνp' + Po + Uνp' io + Uo iνp'. (8)
Введем понятие о взаимной аварийной мощности безнулевой и нулевой последовательности
Pνb3 Uνp' io + Uo iνp' (9)
и о соответствующей энергии
Figure 00000015
=
Figure 00000016
Pνb3(τ) dτ. (10)
Согласно выражению (8) аварийная мощность, а следовательно, и аварийная энергия каждой фазы состоит из трех слагаемых:
Pνp Pνp' + Po + Pνb3;
ωνpνp'+ωoνb3. (11)
Внося равный вклад в аварийные энергии всех фаз фидера, энергия нулевой последовательности ничего не добавляет к информации о поврежденных фазах. Целесообразно поэтому ввести понятие о разностной аварийной энергии
Δωνp= ωνpo= ω (12) и при выявления поврежденных фаз ориентироваться на соотношения между энергиями Δωνp и ωνp'. Таким образом, в общем случае в рассмотрение вводятся четыре типа энергий: первые аварийные ωνp, вторые энергии безнулевых аварийных слагаемых ωνp', третьи разностные Δωνp и четвертая нулевой последовательности.Non-zero voltages and currents act in separate phases (Fig. 2), for each of which the provision on the sign of emergency energy is valid. So, in the specific circuit of FIG. 2 emergency energy
Figure 00000007
=
Figure 00000008
u
Figure 00000009
(τ) i
Figure 00000010
(τ) dτ <0 is transferred from the damaged feeder to the inductance of coil 8 and transformer 6. It also includes emergency energy supplied to feeder 2 and recorded by its voltage and current as a positive value
Figure 00000011
=
Figure 00000012
u
Figure 00000013
(τ) i
Figure 00000014
(τ) dτ> 0
Thus, a damaged feeder is recognized by four conditions: signs of three energies of non-zero emergency components and zero sequence energy:
ω Ap '<0; ω Bp '<0; ω Cp '<0; (6)
ω o <0 (7)
The theoretical basis for identifying damaged phases is the difference in the structures of emergency capacities propagating through healthy and damaged phases. Let us see in which combination the emergency power, and therefore the emergency energy, of the power of non-zero emergency components P νp 'U νp ' i νp 'and the zero sequence P o = U o i o :
P νp U νp i νp (U νp '+ U o ) (i νp ' + i o )
P νp '+ P o + U νp ' i o + U o i νp '. (8)
We introduce the concept of mutual emergency power of non-zero and zero sequence
P νb3 U νp 'i o + U o i νp ' (9)
and about the corresponding energy
Figure 00000015
=
Figure 00000016
P νb3 (τ) dτ. (10)
According to expression (8), the emergency power, and therefore the emergency energy of each phase, consists of three components:
P νp P νp '+ P o + P νb3 ;
ω νp = ω νp '+ ω o + ω νb3 . (eleven)
Making an equal contribution to the emergency energies of all phases of the feeder, zero sequence energy adds nothing to the information about the damaged phases. It is therefore advisable to introduce the concept of differential emergency energy
Δω νp = ω νp -ω o = ω (12) and when revealing damaged phases, focus on the relationship between the energies Δω νp and ω νp '. Thus, in the general case, four types of energies are introduced into consideration: the first emergency ω νp , the second nonzero energy of the emergency terms ω νp ', the third difference Δω νp and the fourth zero sequence.

Между величинами нулевой последовательности и аварийными безнулевыми составляющими существуют взаимосвязи, устанавливаемые в первую очередь граничными условиями, складывающимися в месте повреждения. Так, при однофазном замыкании безнулевой ток поврежденной фазы A в месте повреждения совпадает по направлению с током нулевой последовательности и вдвое превышает его:
ifA' 2 ifo, (13) а токи неповрежденных фаз противоположны току ifo и одного с ним уровня:
ifB' ifC' ifo. (14)
Иначе говоря
ifA' 2 ifB' 2 ifC'. (15)
В начале линии следованием соотношений (15) являются аналогичные равенства:
iAp' 2 iBp' 2 iCp'; (16)
UAp' 2 UBp' 2 UCp', откуда следует, что
ωAp'=4ωBp'=4ωCp'. (17)
Условия прохождения составляющих нулевой и безнулевых последовательностей в электрической сети различаются, но не качественно, а только количественно, в том смысле, что характер каждого элемента электрической сети для этих последовательностей один и тот же: индуктивный для катушек, емкостный для фидеров, резистивный для нагрузок. Рассматривая соотношения (6), (7), (9), (10), (13), (14) в их взаимосвязи, убеждаемся, что взаимная энергия поврежденной фазы имеет тот же знак, что и две другие ее энергии:
signωAb3=signωAp'=signωo, т.е.
Between the values of the zero sequence and emergency non-zero components there are interconnections established primarily by the boundary conditions that develop in the place of damage. So, with a single-phase fault, the non-zero current of the damaged phase A at the fault location coincides in direction with the zero sequence current and doubles it:
i fA '2 i fo , (13) and the currents of undamaged phases are opposite to the current i fo and one level with it:
i fB 'i fC ' if o . (fourteen)
In other words
i fA '2 i fB ' 2 i fC '. (fifteen)
At the beginning of the line, the following equalities follow the relations (15):
i Ap '2 i Bp ' 2 i Cp '; (sixteen)
U Ap '2 U Bp ' 2 U Cp ', whence it follows that
ω Ap '= 4ω Bp ' = 4ω Cp '. (17)
The conditions for the passage of components of zero and non-zero sequences in the electric network differ, but not qualitatively, but only quantitatively, in the sense that the nature of each element of the electric network for these sequences is the same: inductive for coils, capacitive for feeders, resistive for loads. Considering relations (6), (7), (9), (10), (13), (14) in their relationship, we are convinced that the mutual energy of the damaged phase has the same sign as its two other energies:
signω Ab3 = signω Ap '= signω o , i.e.

ωAb3 < 0, а в неповрежденных фазах ситуация противоположная:
sign

Figure 00000017
sign
Figure 00000018
= sign ωo;
sign
Figure 00000019
sign
Figure 00000020
= sign ωo, т.е.ω Ab3 <0, and in the undamaged phases the situation is opposite:
sign
Figure 00000017
sign
Figure 00000018
= sign ω o ;
sign
Figure 00000019
sign
Figure 00000020
= sign ω o , i.e.

ωBb3>0;ωCb3 > 0,
причем из выражения (16) видно, что
ωAb3=-2ωBb3=-2ωCb3. (18)
В итоге из выражений (12), (17), (18) вытекают следующие соотношения между модулями различных энергий:

Figure 00000021
Figure 00000022
Figure 00000023
;
Figure 00000024
4
Figure 00000025
;
Figure 00000026
4
Figure 00000027
+ 2
Figure 00000028
;
Figure 00000029
Figure 00000030
=
Figure 00000031
-
Figure 00000032
, сводящиеся к информационным признакам поврежденной фазы ΔωAp|>|ωAp'| (19) и неповрежденных фазΔωBp|<|ωBp'|ΔωCp|<|ωCp'| (20)
Дополнительный признак ωAp'|>|ωBpAp'|>|ωCp'|
При междуфазном замыкании (фазы B и C) в отсутствие тока нулевой последовательности граничные условия в месте повреждения предельно просты:
ifA' 0; ifB' ifC',
вследствие чего в месте наблюдения
iAp' 0; iBp' iCp'.ω Bb3 >0; ω Cb3 > 0,
and from expression (16) it is clear that
ω Ab3 = -2ω Bb3 = -2ω Cb3 . (eighteen)
As a result, from the expressions (12), (17), (18) the following relations between the modules of different energies follow:
Figure 00000021
Figure 00000022
Figure 00000023
;
Figure 00000024
4
Figure 00000025
;
Figure 00000026
4
Figure 00000027
+ 2
Figure 00000028
;
Figure 00000029
Figure 00000030
=
Figure 00000031
-
Figure 00000032
reducible to information signs of the damaged phase Δω Ap |> | ω Ap '| (19) and intact phases Δω Bp | <| ω Bp '| Δω Cp | <| ω Cp ' | (twenty)
An additional feature is ω Ap '|> | ω Bp | ω Ap '|> | ω Cp '|
With an interphase fault (phases B and C) in the absence of a zero sequence current, the boundary conditions at the fault location are extremely simple:
i fA '0; i fB 'i fC ',
as a result, at the observation site
i Ap '0; i Bp 'i Cp '.

В данной ситуации
ωo 0; (21)
ωAp' 0; (22)
ωBp'=ωCp' < 0. (23)
Условия (21) (23) несут необходимую информацию о поврежденных фазах. Достаточно убедиться, что в одной фазе уровень энергии безнулевых составляющих неощутим, а в других достаточно велик.
In this situation
ω o 0; (21)
ω Ap '0; (22)
ω Bp '= ω Cp '<0. (23)
Conditions (21) (23) carry the necessary information about the damaged phases. It is enough to make sure that in one phase the energy level of non-zero components is imperceptible, while in others it is quite large.

При замыкании на землю двух фаз B и С имеет место граничное условие
ifA' ifo (24)
или
ifB' + ifC'ifo (25)
Из выражения (24) следует, что и в месте наблюдения знаки токов iAp' и iо в основном противоположны, что в равной степени относится к напряжениям UAp' и Uo. Но тогда из выражений (9), (10) явствует противоположность знаков энергий:
sign ωAb3≠signωAp', (26)
т.е. в неповрежденной фазе фидера
ωAb3 > 0; (27) ΔωAp|<|ωAp'|
Ситуация в поврежденных фазах сложнее, так как соотношение (25) свидетельствует лишь о близости тока iо к сумме безнулевых токов в месте повреждения, и чтобы оценить соотношения энергий, необходимо привлечь взаимозависимости между напряжениями. Нагляднее всего они проявляются при металлическом коротком замыкании, когда в месте замыкания
UBf 0 UCf 0;
Uo= UAf/3, (28)
UBf' Uo; UCf' Uo; (29)
UAf' 2 Uo (30)
Если обозначить через Uνfn напряжения предшествующего (доаварийного) режима в месте будущего повреждения, то учитывая, что
Uνf Uνfn + Uνfp Uνf' + Uo Uνfn +
+ Uνfp' + Uo, (31)
находим из выражений (29), (30) для аварийных слагаемых напряжений в месте повреждения
UAfp' 2Uo UAfn; (32)
UBfp' Uo UBfn;
UCfp' -Uo UCfn. (33)
Векторная диаграмма фиг. 3 иллюстрирует соотношения (28)-(33) в предложении, что все величины синусоидальны. Исходным является фазное напряжение UA в месте повреждения. Напряжение нулевой последовательности Uo определяется соотношением (28), а безнулевая слагаемая UA'=UA Uo как следствие. Противоположность знаков напряжений Uo и UAp' следует из соотношения между токами (24). Напряжения UAp UAp' + Uo и UAn UA UAp определяются тоже как следствие. Если доаварийный режим симметричен, что величина UAn определяет напряжения двух других фаз: UBn и UCn, после чего из выражения (33) определятся их безнулевые аварийные слагаемые. Результат убеждает в том, что безнулевые аварийные слагаемые напряжений поврежденных фаз UBp' и UCp' смещены относительно напряжения нулевой последовательности на углы, меньшие 90о, т.е. интервалы совпадения величин UBp' и Uo, как и UСp' и Uo1, продолжительнее интервалов несовпадения. Отсюда вытекают соотношения между энергиями, относящимися к поврежденным фазам:
sign

Figure 00000033
= sign
Figure 00000034
;
sign
Figure 00000035
sign
Figure 00000036
;
Figure 00000037
<0;
Figure 00000038
<0
Figure 00000039
>
Figure 00000040
;
Figure 00000041
>
Figure 00000042

Итоговый результат заключается в том, что энергии аварийного режима несут необходимую информацию о поврежденных фазах: при междуфазных замыканиях об этом свидетельствуют условия (22), (23), а при замыканиях на землю условия (19), (20) (однофазное замыкание) и (27), (34) (двухфазное).When two phases B and C are shorted to ground, the boundary condition
i fA 'i fo (24)
or
i fB '+ i fC ' i fo (25)
From the expression (24) it follows that at the point of observation the signs of the currents i Ap 'and i о are basically opposite, which applies equally to the voltages U Ap ' and U o . But then from the expressions (9), (10), the opposite of the signs of the energies appears:
sign ω Ab3 ≠ signω Ap ', (26)
those. in intact feeder phase
ω Ab3 >0; (27) Δω Ap | <| ω Ap '|
The situation in the damaged phases is more complicated, since relation (25) only indicates the proximity of the current i о to the sum of non-zero currents at the site of damage, and in order to evaluate the energy ratios, it is necessary to use the interdependencies between the voltages. Most clearly, they appear with a metal short circuit, when in the circuit
U Bf 0 U Cf 0;
U o = U Af / 3, (28)
U Bf 'U o ; U Cf 'U o ; (29)
U Af '2 U o (30)
If we denote by U νfn the voltage of the previous (pre-emergency) mode in the place of future damage, then considering that
U νf U νfn + U νfp U νf '+ U o U νfn +
+ U νfp '+ U o , (31)
we find from expressions (29), (30) for the emergency components of stresses at the damage site
U Afp '2U o U Afn ; (32)
U Bfp 'U o U Bfn ;
U Cfp '- U o U Cfn . (33)
The vector diagram of FIG. 3 illustrates relations (28) - (33) in the proposition that all quantities are sinusoidal. The starting voltage is the phase voltage U A at the fault location. The zero sequence voltage Uo is determined by relation (28), and the nonzero term U A '= U A U o as a consequence. The opposite of the signs of the voltages U o and U Ap 'follows from the relationship between currents (24). The stresses U Ap U Ap '+ U o and U An U A U Ap are also determined as a consequence. If the pre-emergency mode is symmetric, the quantity U An determines the voltages of two other phases: U Bn and U C n, after which their non-zero emergency terms are determined from expression (33). The result confirms that the non-zero emergency terms of the damaged phase voltages U Bp 'and U Cp ' are shifted relative to the zero sequence voltage by angles less than 90 ° , i.e. the intervals of coincidence of the values of U Bp 'and U o , like U Сp ' and U o1 , are longer than the intervals of mismatch. This implies the relationship between the energies related to the damaged phases:
sign
Figure 00000033
= sign
Figure 00000034
;
sign
Figure 00000035
sign
Figure 00000036
;
Figure 00000037
<0;
Figure 00000038
<0
Figure 00000039
>
Figure 00000040
;
Figure 00000041
>
Figure 00000042

The final result is that the emergency mode energies carry the necessary information about the damaged phases: in case of interphase faults, conditions (22), (23) indicate this, and in case of earth faults, conditions (19), (20) (single-phase fault) and (27), (34) (two-phase).

Обнаруженные закономерности и составляют содержание способа, реализуемого операциями, наиболее существенные из которых отражены структурной схемой по фиг. 4. В схему не включены блоки, осуществляющие предварительную обработку входных величин: фильтры аварийных слагаемых, выделяющие компоненты Uνp и iνp, и вычитатели для определения безнулевых составляющих Uνp' и iνp'. Предполагается, что эти величины определены и подаются на входы умножителей 9-14. Выходные сигналы умножителей 9-11 пропорциональны мгновенным мощностям безнулевых аварийных слагаемых Pνp' Uνp' iνp', а выходные сигналы умножителей 12-14 мощностями аварийных слагаемых Pνp. Таким образом, блоки 12-14 реализуют операции (3). Умножитель 15 определяет мощность нулевой последовательности Po Uo io. Сигналы, пропорциональные мощностям, подаются на входы интеграторов 16-22, преобразующих их в энергии. Интеграторы 16-18 формируют энергии ωνp', интеграторы 19-21 энергии ωνp и интегратор 22 энергию ωo.The discovered patterns constitute the content of the method implemented by the operations, the most significant of which are reflected in the structural diagram of FIG. 4. The scheme does not include blocks that pre-process the input quantities: filters of emergency terms extracting the components U νp and i νp , and subtractors to determine the non-zero components U νp 'and i νp '. It is assumed that these values are determined and fed to the inputs of multipliers 9-14. The output signals of the multipliers 9–11 are proportional to the instantaneous powers of the nonzero emergency terms P νp 'U νp ' i νp ', and the output signals of the multipliers 12-14 are the powers of the emergency terms P νp . Thus, blocks 12-14 implement operations (3). The multiplier 15 determines the power of the zero sequence P o U o i o . Signals proportional to the power are fed to the inputs of the integrators 16-22, converting them into energy. Integrators 16-18 form energy ω νp ', integrators 19-21 energy ω νp and integrator 22 energy ω o .

Пусковой орган 33 запускается в начальной стадии короткого замыкания, фиксируя момент t=0. Запуск осуществляется по уровню аварийных слагаемых и (или) слагаемых нулевой последовательности. Интеграторы 16-22 включаются только по сигналу пускового органа, реализуя тем самым операции интегрирования с начального момента времени. Так, интеграторы 19-21 реализуют операцию (4). Третьи разностные энергии Δων выделяются вычитателями 23-25, действующими в соответствии с определением (12).The starting element 33 is launched in the initial stage of a short circuit, fixing the moment t = 0. The launch is carried out according to the level of emergency terms and (or) terms of the zero sequence. Integrators 16-22 are turned on only by the signal of the launching body, thereby realizing integration operations from the initial moment of time. So, integrators 19-21 implement operation (4). The third difference energies Δω ν are allocated by subtractors 23-25, acting in accordance with definition (12).

Остальные операции связаны с контролем знаков и уровней сигналов, пропорциональных энергиям ωνp', и сравнением уровней энергий ωνp' и Δωνp. Предполагается, что пороговые элементы 26-28 не только определяют знаки энергий, но и фиксируют их соответствие заданным порогам низкому положительному ωmin, низкому отрицательному ωmin и высокому отрицательному ωmax. Проверяются следующие три условия
ωνp'<ωmin (35)
ωνp'<-ωmin (36)
ωνp'<-ωmax. (37)
Отдельно взятый пороговый элемент срабатывает при выполнении условия (35), но взаимосвязи между элементами 26-28 таковы, что могут заблокировать работу друг друга, допуская одновременное срабатывание только в тех случаях, когда условие (36) и тем более (37) выполняется во всех трех фазах либо условие (36) в одной фазе не выполняется, но выполняется условие (35), а в двух других фазах выполняется самое жесткое условие (37). При этом поданы все три сигнала на входы элемента И 29, который, срабатывая, создает сигнал о повреждении данного фидера при всех видах замыканий, в том числе и междуфазных, когда один из сигналов ωνp' имеет низкий уровень, но зато два других высокий. Таким образом, при междуфазных замыканиях информация о поврежденных фазах выявляется пороговыми элементами 26-28 и может быть получена непосредственно от тех элементов, которые обнаружили выполнение условия (37).
The remaining operations are associated with the control of signs and signal levels proportional to the energies ω νp 'and the comparison of energy levels ω νp ' and Δω νp . It is assumed that the threshold elements 26-28 not only determine the signs of the energies, but also fix their correspondence to the set thresholds of low positive ω min , low negative ω min and high negative ω max . The following three conditions are checked.
ω νp '<ω min (35)
ω νp '<-ω min (36)
ω νp '<-ω max . (37)
A single threshold element is triggered when condition (35) is met, but the relationships between elements 26-28 are such that they can block each other's work, allowing simultaneous operation only when condition (36) and even more so (37) is satisfied in all three phases, or condition (36) in one phase is not satisfied, but condition (35) is satisfied, and in the other two phases the most stringent condition (37) is satisfied. At the same time, all three signals were sent to the inputs of the And 29 element, which, when triggered, creates a signal about damage to this feeder for all types of faults, including phase-to-phase, when one of the signals ω νp 'is low, but the other two are high. Thus, with interphase faults, information on damaged phases is detected by threshold elements 26-28 and can be obtained directly from those elements that have found that condition (37) is satisfied.

Блоки 30-32 сравнения имеют отношение к выявлению поврежденных фаз при замыканиях на землю. Согласно соотношениям (19), (20), (27), (34) сигналы ωνp поврежденных фаз превышают по уровню сигналы ωνp', а в неповрежденных фазах наблюдается противоположная закономерность. Условие срабатывания каждой из трех схем 30-32 имеет вид Δωνp|>|ωνp'| следовательно, срабатывание какого-либо блока свидетельствует о повреждении соответствующей фазы фидера при условии одновременного срабатывания элемента И 29, так как срабатывание схем 30-32 само по себе еще не означает, что поврежден именно контролируемый фидер.Blocks 30-32 comparison are related to the identification of damaged phases during earth faults. According to relations (19), (20), (27), (34), the signals ω νp of the damaged phases exceed the signals ω νp 'in level, and in the undamaged phases the opposite pattern is observed. The triggering condition for each of the three circuits 30-32 has the form Δω νp |> | ω νp '| therefore, the operation of any block indicates damage to the corresponding phase of the feeder under the condition of the simultaneous operation of the And 29 element, since the operation of circuits 30-32 does not in itself mean that the controlled feeder is damaged.

Совокупность операций, составляющих предлагаемый способ, обеспечивает селективный выбор поврежденного фидера и его поврежденных фаз при всех видах коротких замыканий в сетях с любым режимом нейтрали. The set of operations that make up the proposed method, provides a selective choice of the damaged feeder and its damaged phases for all types of short circuits in networks with any neutral mode.

Claims (1)

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВРЕЖДЕННЫХ ФАЗ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ (ФИДЕРА) путем одностороннего измерения напряжений и токов каждой линии, фиксации момента повреждения, формирования аварийных слагаемых напряжений и токов, определения знака их энергии и констатации повреждения линии при отрицательном знаке, отличающийся тем, что дополнительно формируют безнулевые аварийные слагаемые напряжений и токов путем устранения из аварийных слагаемых соответствующих величин нулевой последовательности, определяют три первые, три вторые и три третьи фазные энергии, а также энергию нулевой последовательности, первые фазные энергии определяют путем преобразования аварийных слагаемых напряжений и токов, вторые фазные энергии определяют путем преобразования безнулевых аварийных слагаемых напряжений и токов, энергию нулевой последовательности определяют путем преобразования напряжения и тока нулевой последовательности, а третьи фазные энергии определяют путем вычитания из первых фазных энергий энергии нулевой последовательности, сравнивают абсолютные значения вторых фазных энергий с заданными уровнями, определяют знаки энергий, превышающих минимальный уровень и, если они отрицательны, констатируют повреждение фидера, если при этом вторая энергия одной фазы ниже минимального уровня, а две другие выше максимального, то констатируют замыкание соответствующих двух фаз, сравнивают абсолютные значения вторых и третьих энергий каждой фазы поврежденного фидера и констатируют повреждение трех фаз, у которых абсолютное значение третьей энергии выше, чем второй. METHOD FOR DETERMINING DAMAGED PHASES OF A ELECTRIC TRANSMISSION LINE (FEEDER) by unilaterally measuring the voltages and currents of each line, fixing the moment of damage, generating emergency components of voltage and currents, determining the sign of their energy and reporting damage to the line with a negative sign, characterized in that they additionally form non-zero emergency terms voltages and currents by eliminating from the emergency terms the corresponding values of the zero sequence, determine the first three, three second and three third basic energies, as well as zero sequence energy, the first phase energies are determined by converting the emergency components of voltages and currents, the second phase energies are determined by converting the nonzero emergency components of voltages and currents, the zero sequence energy is determined by converting the voltage and current of the zero sequence, and the third phase energies determined by subtracting zero sequence energy from the first phase energies, the absolute values of the second phase energies are compared at the given levels, they determine the signs of energies that exceed the minimum level and, if they are negative, report damage to the feeder, if the second energy of one phase is below the minimum level and the other two are higher than the maximum, then the closure of the corresponding two phases is detected, the absolute values of the second and the third energies of each phase of the damaged feeder and note the damage of three phases, in which the absolute value of the third energy is higher than the second.
RU92007490A 1992-11-24 1992-11-24 Method for detecting defective phases in power transmission line or feeder RU2050660C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU92007490A RU2050660C1 (en) 1992-11-24 1992-11-24 Method for detecting defective phases in power transmission line or feeder

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU92007490A RU2050660C1 (en) 1992-11-24 1992-11-24 Method for detecting defective phases in power transmission line or feeder

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU92007490A RU92007490A (en) 1995-01-20
RU2050660C1 true RU2050660C1 (en) 1995-12-20

Family

ID=20132337

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU92007490A RU2050660C1 (en) 1992-11-24 1992-11-24 Method for detecting defective phases in power transmission line or feeder

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2050660C1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2516371C1 (en) * 2013-02-05 2014-05-20 Общество с ограниченной ответственностью "Исследовательский центр "Бреслер" Method for determination of damaged feeder at earth fault in distributing mains
RU2518050C1 (en) * 2012-12-26 2014-06-10 Открытое акционерное общество "Научно-технический центр Единой энергетической системы" (ОАО "НТЦ ЕЭС") Method for determination of damaged point at short-circuiting in aerial cable lines of direct-current power transmission
RU2521968C1 (en) * 2013-03-18 2014-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Орловский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВПО ОрелГАУ) Damaged section determination method for sectionalised line of ring network
RU2642506C1 (en) * 2016-09-22 2018-01-25 Общество с ограниченной ответственностью "Релематика" Method for recognition of faulty phases of electric transmission lines in open-phase earth short-circuit
RU2771222C1 (en) * 2021-01-13 2022-04-28 Акционерное общество "Сетевая компания" Method for determining a damaged feeder in case of single phase to ground fault in a distribution electrical network
RU2809770C1 (en) * 2022-12-20 2023-12-18 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени И.С. ТУРГЕНЕВА" (ОГУ им. И.С. Тургенева) Method for converting spaced double earth fault to a single phase in networks with isolated neutral

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Гельфанд Л.С. Релейная защита распределительных сетей. М.: Энергоатомиздат, 1987, с.299-303, 309. *
2. Баррет И. и др. Осуществление функций релейной защиты и управление с помощью цифровой техники, М.: Энергоатомиздат, 1984, с.53. *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2518050C1 (en) * 2012-12-26 2014-06-10 Открытое акционерное общество "Научно-технический центр Единой энергетической системы" (ОАО "НТЦ ЕЭС") Method for determination of damaged point at short-circuiting in aerial cable lines of direct-current power transmission
RU2516371C1 (en) * 2013-02-05 2014-05-20 Общество с ограниченной ответственностью "Исследовательский центр "Бреслер" Method for determination of damaged feeder at earth fault in distributing mains
RU2521968C1 (en) * 2013-03-18 2014-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Орловский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВПО ОрелГАУ) Damaged section determination method for sectionalised line of ring network
RU2642506C1 (en) * 2016-09-22 2018-01-25 Общество с ограниченной ответственностью "Релематика" Method for recognition of faulty phases of electric transmission lines in open-phase earth short-circuit
RU2771222C1 (en) * 2021-01-13 2022-04-28 Акционерное общество "Сетевая компания" Method for determining a damaged feeder in case of single phase to ground fault in a distribution electrical network
RU2809770C1 (en) * 2022-12-20 2023-12-18 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени И.С. ТУРГЕНЕВА" (ОГУ им. И.С. Тургенева) Method for converting spaced double earth fault to a single phase in networks with isolated neutral

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4398232A (en) Protective relaying methods and apparatus
US5281920A (en) On-line battery impedance measurement
RU2540851C2 (en) Method for selection of short-circuited phase and determination of short circuit type
Bollen et al. Characterization of three-phase unbalanced dips (as easy as one-two-three?)
Hou et al. Deterministic high-impedance fault detection and phase selection on ungrounded distribution systems
US4366474A (en) Identification of electric power network phases experiencing disturbances
CA1305217C (en) Device for locating internal faults in a high-voltage capacitor battery
RU2033623C1 (en) Method for fault location and identification in power system using simulators of power transmission lines incorporated in it
EP0026620B1 (en) Method and apparatus for identifying faults in electric power transmission systems
Baldwin et al. Analysis of fault locating signals for high-impedance grounded systems
RU2050660C1 (en) Method for detecting defective phases in power transmission line or feeder
US4450497A (en) Ultra-high-speed relay
CN1203666A (en) Process for producing signals identifying faulty loops in polyphase electrical power supply network
RU2586082C1 (en) Method of determining points of ground faults in different phases of feeder
CN100582797C (en) Method and system for identifying faulted phase
DE102021112016B3 (en) Method and device for determining a ground fault direction
RU2157038C1 (en) Ground fault detector for insulated-neutral supply mains
RU2305293C1 (en) METHOD OF DETECTING FAULT IN 6( 10 )-35 kV ELECTRIC CIRCUIT WITH ISOLATED OR COMPENSATED NEUTRAL POINT
Solak et al. Modeling and detection of turn-to-turn faults in shunt reactors
RU2096885C1 (en) Method and device for ground fault protection of generator stator winding
CN108459233B (en) Equivalent circuit of main transformer high-voltage two-phase disconnection fault and identification method
RU2037246C1 (en) Method of detection of injured phase and failure zone of power line
RU2180124C2 (en) Process of search for element with reduced resistance of insulation in branched electric network of direct operation current and device for its realization
SU1737364A1 (en) Method of locating insulation resistance deterioration in dc electrical network
RU2145131C1 (en) Nonresonating potential transformer