RU2073876C1 - Method for detecting ground fault in power transmission line - Google Patents

Method for detecting ground fault in power transmission line Download PDF

Info

Publication number
RU2073876C1
RU2073876C1 SU5041129A RU2073876C1 RU 2073876 C1 RU2073876 C1 RU 2073876C1 SU 5041129 A SU5041129 A SU 5041129A RU 2073876 C1 RU2073876 C1 RU 2073876C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
circuit
voltage
fault
phase
controlled
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ю.Я. Лямец
В.И. Антонов
Н.А. Дони
В.А. Ефремов
Г.С. Нудельман
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 SU5041129 priority Critical patent/RU2073876C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2073876C1 publication Critical patent/RU2073876C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Locating Faults (AREA)

Abstract

FIELD: remote protection, faulty phase selectors, ground detectors, networks with any neutral design (dead-grounded, insulated, compensated). SUBSTANCE: phase voltage and currents are measured at starting end of line, first and second reference values are shaped from them and by their conversion, mutual active power is determined as parameter at ground fault point under check. EFFECT: enlarged functional capabilities. 18 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к релейной защите и автоматике энергосистем, и может быть использовано в дистанционной защите, избирателях поврежденных фаз, определителях места повреждения (ОМП), притом, что принципиально важно, в сетях с любым режимом нейтрали (глухо заземленной, изолированной, компенсированной). The invention relates to electrical engineering, namely to relay protection and automation of power systems, and can be used in distance protection, selectors for damaged phases, fault locators (WMDs), while it is fundamentally important, in networks with any neutral mode (solidly grounded, isolated compensated).

Общеизвестный (традиционный) дистанционный способ основан на измерении комплексов напряжений и токов в начале линии и преобразовании их в комплексные сопротивления [1] Ему присуща методическая погрешность, связанная с неспособностью точно определять дистанцию при различных переходных сопротивлениях и различных параметрах и режимах приемной части системы. The well-known (traditional) distance method is based on measuring the complexes of voltages and currents at the beginning of the line and converting them into complex resistances [1] It is characterized by a methodological error associated with the inability to accurately determine the distance at various transition resistances and various parameters and modes of the receiving part of the system.

Известен дистанционный способ, свободный от данного недостатка [2] Он также включает в себя операции измерения комплексов напряжений и токов в начале линии, но не сводится к определению входных комплексных сопротивлений. Более высокая точность и более широкие функциональные возможности данного способа обусловлены тем, что он опирается на иной тип информационных параметров. Новый информационный параметр получил наименование параметра контролируемого места замыкания, так как определяется в предположении, что замыкание произошло в некоторой произвольно заданной точке линии, и представляет собой функцию расстояния от начала линии. Параметр контролируемого замыкания обладает замечательным свойством: он изменяет свой знак только в месте действительного замыкания. Если место контролируемого замыкания расположено левее места реального замыкания, то параметр имеет один знак, а если правее то другой. Для определения параметров контролируемого места замыкания измеренные напряжения и токи преобразуют в напряжения в месте контролируемого замыкания, определяют параметры контролируемых мест замыкания и сравнивают их знаки. Если знаки параметра места замыкания, контролируемого в начале линии, и параметра места замыкания, контролируемого в конце линии, противоположны, то констатируют замыкание в линии. Координату места замыкания определяют по изменению знака параметра контролируемого замыкания. Known remote method, free from this drawback [2] It also includes the operation of measuring complexes of voltages and currents at the beginning of the line, but is not limited to determining the input complex resistances. Higher accuracy and wider functionality of this method are due to the fact that it relies on a different type of information parameters. The new information parameter was named the parameter of the controlled fault location, since it is determined under the assumption that the fault occurred at some arbitrary point on the line, and is a function of the distance from the beginning of the line. The controlled closure parameter has a remarkable property: it changes its sign only at the place of the actual closure. If the place of the controlled circuit is located to the left of the place of the real circuit, then the parameter has one sign, and if to the right, then the other. To determine the parameters of the controlled circuit, the measured voltages and currents are converted to voltages at the controlled circuit, determine the parameters of the controlled circuit and compare their signs. If the signs of the parameter of the fault location, controlled at the beginning of the line, and the parameter of the fault location, controlled at the end of the line, are opposite, then the circuit in the line is detected. The position of the circuit is determined by changing the sign of the parameter of the controlled circuit.

Упомянутые параметры определяют по комплексам напряжений и токов в месте контролируемых замыканий. The mentioned parameters are determined by the complexes of voltages and currents in the place of controlled faults.

При осуществлении этого способа используются реактивные параметры контролируемых замыканий: реактивная мощность, потребляемая в месте контролируемого замыкания, или в частном случае реактивная составляющая напряжения. Для определения реактивных параметров формируют две опорные величины: первая напряжение в месте контролируемого замыкания, а вторая - ток внутри замыкания, т.е. в поперечной ветви. В отличие от напряжений, формируемых достаточно просто, токи в месте контролируемого замыкания требуют для своего формирования большего числа операций и большего объема информации. Дело в том, что эти токи представляют собой наложение токов левее и правее места контролируемого замыкания. Ток слева от этого места формируется так же просто, как и напряжения, но правый ток не удается сформировать без знания параметров приемной системы. Кроме того, параметр типа реактивной мощности характеризуется недостаточно резкой зависимостью от координаты контролируемого места замыкания, что снижает чувствительность способа. И, наконец, параметр, в который в качестве второй опорной величины входит ток замыкания или его составляющая, непригоден для сетей с изолированной нейтралью, в которых ток замыкания на землю несравненно меньше токов в проводах линии. When implementing this method, the reactive parameters of the controlled faults are used: the reactive power consumed in the place of the controlled fault, or in the particular case the reactive component of the voltage. To determine the reactive parameters, two reference values are formed: the first voltage in the place of the controlled circuit, and the second - the current inside the circuit, i.e. in the transverse branch. Unlike the voltages generated quite simply, the currents in the place of the controlled circuit require for their formation more operations and more information. The fact is that these currents represent the superposition of currents to the left and right of the controlled circuit location. The current to the left of this place is generated as easily as the voltage, but the right current cannot be generated without knowing the parameters of the receiving system. In addition, the parameter type of reactive power is not sufficiently sharp depending on the coordinates of the monitored circuit, which reduces the sensitivity of the method. And finally, the parameter, which includes the fault current or its component as the second reference value, is unsuitable for networks with isolated neutral, in which the earth fault current is incomparably less than the currents in the line wires.

Сущность изобретения выражается в упрощении дистанционного способа при одновременном повышении его чувствительности и расширении функциональных возможностей. Последнее проявляется в применимости не только к сетям с глухо заземленной нейтралью, но и к сетям с изолированной нейтралью и достигается введением иного типа параметров контролируемых мест замыканий и соответственно новых операций, необходимых для формирования этих параметров. От дистанционного способа остается измерение напряжений и токов в начале линии, преобразование их в первые опорные величины, формирование вторых опорных величин, взаимное преобразование первых и вторых опорных величин в параметр контролируемого места замыкания, причем в качестве первых опорных величин выбирают напряжения поврежденных фаз, сравнение знаков параметров мест замыканий, контролируемых в начале и в конце линии, констатация повреждения, если знаки будут противоположны, определение места истинного замыкания по изменению знака параметра контролируемого места замыкания. Отличительные же признаки состоят в том, что в качестве вторых опорных величин выбирают слагающие первых опорных величин, а параметр контролируемого места замыкания определяют как взаимную активную мощность первых и вторых опорных величин. The essence of the invention is expressed in simplifying the remote method while increasing its sensitivity and expanding functionality. The latter is manifested in applicability not only to networks with a dullly grounded neutral, but also to networks with an isolated neutral, and is achieved by introducing a different type of parameters of monitored fault locations and, accordingly, new operations necessary for the formation of these parameters. From the remote method, there remains the measurement of voltages and currents at the beginning of the line, converting them to first reference values, forming second reference values, converting the first and second reference values to a parameter of the controlled circuit, and as a first reference value, the voltage of the damaged phases is selected, comparison of signs parameters of fault locations, controlled at the beginning and at the end of the line, a statement of damage, if the signs are opposite, determining the location of a true fault by changing ka parameter of the monitored circuit. Distinctive features are that as the second reference values, the components of the first reference values are selected, and the parameter of the monitored circuit is defined as the mutual active power of the first and second reference values.

Формирование вторых опорных величин осуществляется либо на основе информации о доаварийном режиме, либо с использованием взаимосвязей между симметричными составляющими, задаваемых граничными условиями в месте замыкания. The formation of the second reference values is carried out either on the basis of information about the pre-emergency mode, or using the relationships between the symmetrical components specified by the boundary conditions at the fault location.

Таким образом, отличительная черта данного способа формирование параметров контролируемых мест замыканий путем своеобразной комбинации полных (основных) и аварийных напряжений. Аварийные величины применялись в релейной защите и ранее [3,4] Однако в известных технических решениях они участвовали в иных операциях, например в сравнении фаз двух комплексов. Здесь же сочетание полных и аварийных напряжений решает задачу формирования новых параметров контролируемых мест замыканий. Thus, a distinctive feature of this method is the formation of parameters of controlled fault locations by a peculiar combination of full (main) and emergency voltages. Emergency values have been used in relay protection before [3,4]. However, in well-known technical solutions, they participated in other operations, for example, in comparing the phases of two complexes. Here, the combination of full and emergency voltages solves the problem of forming new parameters of controlled fault locations.

На фиг.1 показано замыкание в двухпроводной линии, на фиг.2 схемная модель линии и повреждения, на фиг.3 линия в доаварийном режиме, на фиг.4 - линия в чисто аварийном режиме, на фиг.5 схемная модель для этого режима, на фиг.6 схемная модель, приведенная к месту замыкания, на фиг.7 схемная модель линии с предполагаемым замыканием, на фиг.8 схемная модель линии в режиме однофазного короткого замыкания, на фиг.9 линия в чисто аварийном режиме при однофазном замыкании, на фиг.10, 11 двухфазное замыкание и соответствующий чисто аварийный режим, на фиг.12,13 то же, но при двухфазном замыкании на землю. Структурная реализация способа представлена на фиг.14. Фиг.15-18 служат иллюстрациями применения заявляемого способа к определению места повреждения в сети с изолированной нейтралью. На фиг.15 показаны поврежденный и неповрежденный фидеры и средства измерения напряжений и токов, на фиг.16 источники, создающие в сети режим нулевой последовательности, на фиг.17 годограф потенциала земли при различных значениях переходного сопротивления и на фиг.18 диаграмма напряжений и токов повреждений фазы пострадавшего фидера. In Fig.1 shows a circuit in a two-wire line, in Fig.2 a schematic model of a line and damage, in Fig.3 a line in a pre-emergency mode, in Fig.4 a line in a purely emergency mode, in Fig.5 a circuit model for this mode, in Fig.6 is a schematic model reduced to a fault location, in Fig.7 is a schematic model of a line with a prospective fault, in Fig.8 is a schematic model of a line in single-phase short circuit mode, in Fig.9 a line in pure emergency mode with a single-phase fault, in figure 10, 11 two-phase circuit and the corresponding purely emergency mode, figure 12,13 then same, but with a two-phase earth fault. The structural implementation of the method is presented in Fig.14. 15-18 serve as illustrations of the application of the proposed method to determine the location of damage in a network with isolated neutral. Fig. 15 shows damaged and undamaged feeders and voltage and current measuring instruments, in Fig. 16 sources creating a zero-sequence mode in the network, in Fig. 17 a hodograph of the earth potential at various transition resistance values and in Fig. 18 a voltage and current diagram damage to the phase of the affected feeder.

На иллюстрациях изображены линия электропередачи 1, связывающая передающую и приемную части энергосистемы 2 и 3, замыкание 4 и обозначенные теми же номерами их схемные модели. The illustrations show a power line 1 connecting the transmitting and receiving parts of the power system 2 and 3, circuit 4 and their circuit models indicated by the same numbers.

Для реализации способа требуются фильтры ортогональных составляющих 5-10, формирующие блоки 11, 12, умножители 13-18, блок выброса поврежденных фаз 19, управляемые ключи 20-25, сумматор 26 и выходной блок сравнения 27 с двумя выходами: быстродействующим 28, решающим задачу релейной защиты, и вторым 29, решающим задачу автоматики. To implement the method, filters of orthogonal components 5-10, forming blocks 11, 12, multipliers 13-18, ejection block of damaged phases 19, controlled keys 20-25, adder 26 and output comparison unit 27 with two outputs are required: high-speed 28, which solves the problem relay protection, and the second 29, solving the problem of automation.

В сети с изолированной нейтралью различаются поврежденный фидер 1 и неповрежденный 30. Предполагается, что на шинах подстанции установлен трехобмоточный трансформатор напряжения 31 с заземленной нейтралью (возможно включение в нейтраль компенсационной катушки). Трансформатор служит датчиком фазных напряжений и напряжения нулевой последовательности. На каждом фидере должны быть установлены также трансформаторы фазных токов 32-33. In a network with isolated neutral, the damaged feeder 1 and the undamaged 30 are distinguished. It is assumed that a three-winding voltage transformer 31 with a grounded neutral is installed on the substation tires (a compensation coil can be included in the neutral). The transformer serves as a sensor of phase voltage and zero sequence voltage. Each feeder must also have 32-33 phase current transformers installed.

Ниже используются следующие обозначения: х координата произвольной точки линии и места контролируемых мест замыкания,

Figure 00000002
измеряемые комплексы напряжения и тока в начале линии, xf истинная, но неизвестная координата короткого замыкания,
Figure 00000003
напряжение в месте контролируемого замыкания,
Figure 00000004
истинное напряжение замыкания,
Figure 00000005
ток в месте контролируемого замыкания (поперечный),
Figure 00000006
истинный ток короткого замыкания,
Figure 00000007
величины доаварийного режима,
Figure 00000008

аварийное напряжение и ток (чисто аварийные), представляющие собой разность величины наблюдаемого и предшествующего режима, Rf - переходное сопротивление.The following notation is used below: x is the coordinate of an arbitrary point on the line and the place of the controlled circuit points,
Figure 00000002
measured voltage and current complexes at the beginning of the line, x f true but unknown coordinate of the short circuit,
Figure 00000003
voltage at the point of controlled fault,
Figure 00000004
true circuit voltage
Figure 00000005
current in place of controlled circuit (transverse),
Figure 00000006
true short circuit current,
Figure 00000007
values of pre-emergency mode,
Figure 00000008

emergency voltage and current (purely emergency), which are the difference between the magnitude of the observed and previous modes, R f is the transition resistance.

Предлагаемый способ основан на следующих теоретических положениях:
1. Основные гармоники напряжения и тока в месте замыкания совпадают по фазе:

Figure 00000009

2. В схеме чисто аварийного режима источники действуют только в месте замыкания (фиг. 4). В ней преобладают реактивные параметры (фиг.5). Следовательно, входное сопротивление относительно места замыкания близко к индуктивному
Figure 00000010
(3)
Из выражений (1) и (3) следует, что в месте замыкания напряжение нового режима (полное напряжение) и аварийное напряжение практически ортогональны
Figure 00000011

3. Напряжение контролируемого места замыкания и напряжение истинного места замыкания связаны зависимостью, определяемой параметрами линии электропередачи. Проиллюстрируем это положение на примере того случая, когда распределенную емкость линии допустимо не учитывать Тогда в схеме фиг.2
Figure 00000012

где
Figure 00000013
удельное комплексное сопротивление, а в схеме фиг.7
Figure 00000014

Из выражений (5) и (6)
Figure 00000015

Соответственно для аварийных напряжений
Figure 00000016

4. Условие ортогональности (4) может быть представлено в формуле
Figure 00000017

где U сопряженный комплекс.The proposed method is based on the following theoretical provisions:
1. The main harmonics of voltage and current at the point of fault coincide in phase:
Figure 00000009

2. In the pure emergency mode circuit, the sources operate only at the fault location (Fig. 4). It is dominated by reactive parameters (figure 5). Therefore, the input impedance relative to the circuit is close to inductive
Figure 00000010
(3)
From the expressions (1) and (3) it follows that at the point of closure the voltage of the new mode (full voltage) and the emergency voltage are almost orthogonal
Figure 00000011

3. The voltage of the controlled circuit and the voltage of the true circuit are connected by a relationship determined by the parameters of the power line. We illustrate this position by the example of the case when the distributed line capacity is acceptable not to be taken into account. Then, in the diagram of FIG. 2
Figure 00000012

Where
Figure 00000013
specific resistivity, and in the diagram of Fig.7
Figure 00000014

From expressions (5) and (6)
Figure 00000015

Respectively for emergency voltage
Figure 00000016

4. The orthogonality condition (4) can be represented in the formula
Figure 00000017

where U is the conjugate complex.

5. Введем в рассмотрение параметр контролируемого места замыкания

Figure 00000018

Из выражений (6) и (7)
Figure 00000019

а
Figure 00000020
комплекс, не зависящий от координаты контролируемого места замыкания х
Figure 00000021

Подстановка выражения (11) в выражение (10) дает с учетом выражения (8) следующую зависимость параметра контролируемого места замыкания от координаты х:
Figure 00000022

Данная зависимость, равно как и подобные ей, которые получаются для более сложных систем (учет распределенной емкости, отпаек на линии и т.д.), проходит через нулевое значение в единственной точке х хf, изменяя при этом свой знак. В результате обнаруживается следующий критерий определения места повреждения:
Figure 00000023

6. Если не требуется искать место повреждения, а необходимо лишь определить зону, в которой произошло короткое замыкание (задача релейной защиты), то выражение (13) дает для этого случая более простую возможность:
signσ(O)≠signσ(l), (14)
где l координата конца защищаемой зоны.5. We introduce the parameter of the controlled circuit
Figure 00000018

From expressions (6) and (7)
Figure 00000019

a
Figure 00000020
complex independent of the coordinate of the controlled circuit point x
Figure 00000021

Substitution of expression (11) into expression (10) gives, taking into account expression (8), the following dependence of the parameter of the controlled circuit location on the x coordinate:
Figure 00000022

This dependence, as well as similar ones, which are obtained for more complex systems (taking into account the distributed capacitance, solders on the line, etc.) passes through a zero value at a single point x x f , changing its sign. As a result, the following criteria for determining the location of damage is found:
Figure 00000023

6. If it is not necessary to look for the place of damage, but only need to determine the zone in which the short circuit occurred (relay protection task), then expression (13) gives for this case a simpler possibility:
signσ (O) ≠ signσ (l), (14)
where l is the coordinate of the end of the protected zone.

7. Если замыкание происходит вне защищаемой зоны, то, как следует из выражения (12), для всех контролируемых мест замыкания 0<х<l 1 будем иметь
signσ(x)=const.
8. Во избежание влияния помех уровень параметра контролируемого места замыкания должен проверяться. Например, следующим образом:

Figure 00000024

где σуст параметр установки.7. If the circuit occurs outside the protected zone, then, as follows from expression (12), for all controlled circuit locations 0 <x <l 1 we will have
signσ (x) = const.
8. In order to avoid the influence of interference, the level of the parameter of the monitored circuit should be checked. For example, as follows:
Figure 00000024

where σ mouth is the installation parameter.

Условие (15) предполагает, что аварийное напряжение хотя бы в одном контролируемом месте замыкания будет достаточно велико. Если мал уровень и Up(0) и Up(l), то окажется, что Δσ<σуст и действие защиты будет заблокировано. Данная мера не только предотвращает ложную работу под влиянием помех, но служит еще и средством блокировки при качаниях и асинхронном ходе - режимах стационарных, при которых аварийные напряжения находятся на уровне помех.Condition (15) assumes that the emergency voltage in at least one controlled circuit location will be sufficiently large. If the level of both U p (0) and U p (l) is small, then it turns out that Δσ <σ mouth and the protection action will be blocked. This measure not only prevents false operation under the influence of interference, but also serves as a means of blocking during swings and asynchronous operation - stationary modes in which emergency voltages are at the level of interference.

9. В трехфазной линии параметр контролируемого места замыкания определяется по-разному в зависимости от вида замыкания. 9. In a three-phase line, the parameter of the monitored fault location is determined differently depending on the type of fault.

При однофазном замыкании с особой фазой g (фиг.8). With a single-phase circuit with a special phase g (Fig. 8).

Figure 00000025

причем ортогональность комплексов
Figure 00000026
иллюстрируется схемой фиг.9.
Figure 00000025

moreover, the orthogonality of the complexes
Figure 00000026
illustrated by the diagram of Fig.9.

10. При двухфазном замыкании с особой фазой g (фиг.10) имеет место соотношение, иллюстрируемое фиг.11

Figure 00000027

где g-1 и g-2 обозначения отстающей и опережающей фаз. В соответствии с этим параметр контролируемого места замыкания можно определить выражением
Figure 00000028

От линейного напряжения в критерии (17) можно перейти к фазным напряжениям
Figure 00000029

В симметричной линии (фиг.11)
Figure 00000030

с учетом (20)
Figure 00000031

а с учетом (17) и (21)
Figure 00000032

после чего из (17) и (19)
Figure 00000033

Последнее выражение свидетельствует о том, что в симметричной линии допустимо пофазное суммирование произведений вида
Figure 00000034

но, разумеется, только на поврежденных фазах. Наряду с параметром (18) при двухфазном замыкании может быть введен еще и такой
Figure 00000035

11. При двухфазном замыкании на землю с симметричной моделью повреждения по фиг.12 в месте замыкания имеют место следующие соотношения между фазными напряжениями и токами:
Figure 00000036

где Rв и Rд переходные сопротивления, связывающие основные гармоники напряжений и токов.10. With a two-phase circuit with a special phase g (Fig. 10), the relation illustrated in Fig. 11
Figure 00000027

where g-1 and g-2 are the designations of the lagging and leading phases. In accordance with this, the parameter of the monitored circuit can be determined by the expression
Figure 00000028

From line voltage in criterion (17), we can go to phase voltages
Figure 00000029

In a symmetrical line (11)
Figure 00000030

subject to (20)
Figure 00000031

and taking into account (17) and (21)
Figure 00000032

after which from (17) and (19)
Figure 00000033

The last expression indicates that phase-wise summation of products of the form
Figure 00000034

but, of course, only on the damaged phases. Along with parameter (18), in the case of a two-phase circuit, such
Figure 00000035

11. In the case of a two-phase earth fault with the symmetrical damage model of FIG. 12, the following relationships between phase voltages and currents occur at the fault location:
Figure 00000036

where R in and R d transition resistance, connecting the main harmonics of voltages and currents.

Те же токи создадут в симметричной системе (фиг.13) следующие аварийные напряжения, записанные с учетом того, что реактивные параметры преобладают:

Figure 00000037

где Х и Х' собственные и взаимные сопротивления относительно зажимов источников тока замыкания.The same currents will create in the symmetric system (Fig.13) the following emergency voltages recorded taking into account the fact that the reactive parameters prevail:
Figure 00000037

where X and X 'are intrinsic and mutual resistances relative to the terminals of the fault current sources.

Определим сумму произведений напряжений с учетом (24), (25)

Figure 00000038

где R Rв + Rд.We determine the sum of the products of stresses taking into account (24), (25)
Figure 00000038

where RR at + R d .

Поскольку сумма

Figure 00000039

является вещественным числом, то правая часть равенства (26) представляет собой мнимое число, так что и при данном виде короткого замыкания выполняется равенство (22) и, следовательно, может быть принят параметр контролируемого места замыкания (23).Since the amount
Figure 00000039

is a real number, then the right-hand side of equality (26) is an imaginary number, so that with this type of short circuit, equality (22) is fulfilled and, therefore, the parameter of the controlled circuit location (23) can be adopted.

Вместо аварийных напряжений

Figure 00000040
при определении параметров контролируемых мест замыканий могут быть использованы симметричные составляющие
Figure 00000041
, а также безнулевые аварийные
Figure 00000042
где индексы 1, 2 и 0 относятся к прямой, обратной и нулевой последовательности.Instead of emergency voltage
Figure 00000040
when determining the parameters of controlled places of faults, symmetrical components can be used
Figure 00000041
as well as non-zero emergency
Figure 00000042
where the indices 1, 2 and 0 refer to the forward, reverse and zero sequence.

При однофазном замыкании имеют место граничные условия

Figure 00000043

Напряжение
Figure 00000044
представляет собой реакции на ток
Figure 00000045
, а напряжения
Figure 00000046
соответственно реакции на токи
Figure 00000047
. Отсюда следует, что наряду с параметром (16) возможно применение и таких его вариантов
Figure 00000048

Граничные условия при двухфазных замыканиях также дают дополнительные модификации параметров.With a single-phase circuit, the boundary conditions
Figure 00000043

Voltage
Figure 00000044
is a reaction to current
Figure 00000045
, and voltage
Figure 00000046
accordingly, reactions to currents
Figure 00000047
. It follows that along with parameter (16) it is possible to use such variants of it
Figure 00000048

The boundary conditions for two-phase faults also give additional parameter modifications.

Способ определения зоны и места замыкания линии электропередачи реализуется последовательностью операций, иллюстрируемой схемой фиг.14 и обосновываемой приведенными выше теоретическими положениями. Измеряют восемь величин: фазные напряжения и токи Uv(o,t), iv(o,t), ν = A,B,C напряжение и ток нулевой последовательности Uo(O,t),

Figure 00000049
(на фиг.14 не показаны), которые далее преобразуют в ортогональные составляющие комплексов
Figure 00000050

Эту операцию осуществляют фильтры ортогональных составляющих 5-10, представляющие собой, например, фильтры Фурье. Полученные комплексные сигналы преобразуют в комплексные напряжения места контролируемого замыкания. Для этого определяют сначала фазные напряжения контролируемого места замыкания. Например, в простейшем случае, когда можно не учитывать распределенную емкость линии, эта операция имеет вид
Figure 00000051

где
Figure 00000052
падение напряжения от тока нулевой последовательности.The method for determining the zone and place of closure of the power line is implemented by the sequence of operations illustrated by the diagram of Fig. 14 and justified by the above theoretical positions. Eight quantities are measured: phase voltages and currents U v (o, t), i v (o, t), ν = A, B, C voltage and zero sequence current U o (O, t),
Figure 00000049
(not shown in FIG. 14), which are further converted into orthogonal components of the complexes
Figure 00000050

This operation is carried out by filters of orthogonal components 5-10, which are, for example, Fourier filters. The resulting complex signals are converted into complex voltages of the controlled circuit. To do this, first determine the phase voltage of the controlled circuit. For example, in the simplest case, when you can not take into account the distributed line capacity, this operation has the form
Figure 00000051

Where
Figure 00000052
voltage drop from the zero sequence current.

Формирующий блок 11, выполняющий данную операцию, осуществляет линейное преобразование своих входных величин. The forming unit 11 performing this operation performs a linear conversion of its input values.

Поврежденные фазы и вид замыкания определяют путем сравнения величин аварийных составляющих токов отдельных фаз (блок 19). После установления вида замыкания и поврежденных фаз блок 19 подает сигналы на замыкание соответствующих управляемых ключей 20-25, которые подают на входы сумматора 26 лишь те произведения напряжений, что отвечает конкретному типу параметра контролируемого места замыкания. Пpи однофазном замыкании в качестве комплексного напряжения контролируемого места замыкания

Figure 00000053
принимают напряжение поврежденной фазы
Figure 00000054
, а при междуфазном замыкании и двухфазном замыкании на землю соответственно разность и сумму напряжений поврежденных фаз
Figure 00000055
.Damaged phases and the type of fault are determined by comparing the values of the emergency components of the currents of the individual phases (block 19). After establishing the type of closure and the damaged phases, the block 19 sends signals to the closure of the corresponding controlled keys 20-25, which supply only the voltage products to the inputs of the adder 26, which corresponds to a specific type of parameter of the controlled closure location. With a single-phase circuit, as the complex voltage of the monitored circuit
Figure 00000053
take the voltage of the damaged phase
Figure 00000054
, and with interphase fault and two-phase earth fault, respectively, the difference and the sum of the voltages of the damaged phases
Figure 00000055
.

Параллельно с этим формируют ортогональные составляющие комплексного опорного сигнала. Если в таком качестве используется аварийная составляющая напряжения

Figure 00000056
, то она формируется аналогично напряжению
Figure 00000057
, для чего предназначается формирующий блок 12, идентичный блоку 11.In parallel with this, the orthogonal components of the complex reference signal are formed. If the emergency voltage component is used as such
Figure 00000056
, then it is formed similar to voltage
Figure 00000057
what is the purpose of the forming block 12, identical to the block 11.

Комплексное напряжение контролируемого места замыкания U(x) и комплексный опорный сигнал

Figure 00000058
преобразуют в опорный сигнал контролируемого места замыкания путем перемножения одноименных ортогональных составляющих и суммирования произведений (элементы 13-18).The complex voltage of the monitored fault location U (x) and the complex reference signal
Figure 00000058
transform into a reference signal of a controlled circuit location by multiplying the orthogonal components of the same name and summing the pieces (elements 13-18).

Figure 00000059

Чтобы проверить, произошло ли замыкание в зоне защиты, фиксируют контролируемый сигнал σ(O) замыкания, предполагаемого в начале линии, и сигнал σ(l) замыкания, предполагаемого в конце линии, а затем сравнивают их знаки. Эти операции совершаются в блоке сравнения 27. Согласно алгоритму (14), решение о повреждении в зоне x O-l выносится при несовпадении знаков сигналов σ(O) и σ(l). Далее переходят к определению координаты места повреждения xf, для чего теми же операциями (блоки 11-26) формируют сигналы других контролируемых мест замыкания σ(x), где значения х могут, например, соответствовать опорам линии электропередачи, а затем из ряда сигналов σ(x) выбирают согласно алгоритму (13) сигнал наименьшего уровня σ(xi) и его соседние сигналы σ(xi-1) и σ(xi+1). Сравнивают знак сигнала σ(xi) со знаками двух других сигналов. Если sign[σ(xi)]≠sign[σ(xi-1)], то идентифицируют замыкание между местами xi и xi-1, а если
Figure 00000060
, то между xi и xi+1. Определяя координату места замыкания или номер опоры, где произошло замыкание, блок сравнения 27 выставляет соответствующую информацию на своем втором выходе 29. Кроме того, в задачу блока 27 входит контроль разности Δσ согласно условию (15). Если это условие не выполняется, то замыкание не идентифицируется.
Figure 00000059

To check if a fault has occurred in the protection zone, a controlled fault signal σ (O), assumed at the beginning of the line, and a fault signal σ (l), supposed at the end of the line, are recorded, and then their signs are compared. These operations are performed in comparison block 27. According to algorithm (14), the decision on damage in the x Ol zone is made if the signs of the signals σ (O) and σ (l) do not coincide. Next, we go on to determining the coordinates of the fault location x f , for which the same operations (blocks 11-26) generate signals of other controlled fault locations σ (x), where the values of x can, for example, correspond to the supports of the power line, and then from a series of signals σ (x) according to algorithm (13), the signal of the lowest level σ (x i ) and its neighboring signals σ (x i-1 ) and σ (x i + 1 ) are selected. The sign of the signal σ (x i ) is compared with the signs of two other signals. If sign [σ (x i )] ≠ sign [σ (x i-1 )], then the closure between the places x i and x i-1 is identified, and if
Figure 00000060
, then between x i and x i + 1 . Determining the coordinate of the fault location or the number of the support where the fault occurred, the comparison unit 27 sets the corresponding information on its second output 29. In addition, the task of block 27 includes monitoring the difference Δσ according to condition (15). If this condition is not met, then the closure is not identified.

Рассмотрим особенности применения способа определения зоны и места замыкания в сети с изолированной нейтралью. В начале каждого фидера измеряются фазные токи

Figure 00000061
(фиг.15). Фазные напряжения Uv(O,t) и напряжение нулевой последовательности Uo(O, t) измеряются на шинах подстанции. Измеренные величины подвергаются фильтрации. Из них выделяются комплексы основной гармоники
Figure 00000062
.Consider the features of the application of the method for determining the zone and location of a circuit in a network with isolated neutral. At the beginning of each feeder, phase currents are measured.
Figure 00000061
(Fig.15). Phase voltages U v (O, t) and zero sequence voltage U o (O, t) are measured on substation buses. Measured values are filtered. The main harmonic complexes stand out from them
Figure 00000062
.

Вместо них могут быть использованы комплексы высших гармоник. Instead, complexes of higher harmonics can be used.

Предположим, что поврежденный фидер установлен (это самостоятельная задача) и теперь требуется определить место повреждения xf. Граничное условие в месте замыкания на землю (27) утверждает, что при замыкании фазы А

Figure 00000063

Возникающее в сети напряжение нулевой последовательности можно представить как реакцию на воздействие источников тока
Figure 00000064
действующих в месте замыкания (фиг. 16). Связь между
Figure 00000065
определяется исключительно емкостью сети относительно земли, так как емкостное сопротивление несравненно выше активного сопротивления току в земле и индуктивного сопротивления линии. Отсюда, с учетом положительных направлений напряжения и тока (фиг.16)
Figure 00000066

Падения напряжения и фидерах от токов нулевой последовательности пренебрежимо малы, поэтому правомерно считать, что
Figure 00000067

в соответствии с чем условие (29) предстает в следующем наиболее удобном для практического применения виде
Figure 00000068

Условие (30) может служить критерием определения места повреждения, разумеется, с той оговоркой, что поврежденный фидер нагружен и зависимость
Figure 00000069
ощутима.Suppose that the damaged feeder is installed (this is an independent task) and now it is necessary to determine the location of the damage x f . The boundary condition at the point of earth fault (27) states that when phase A is closed
Figure 00000063

The zero sequence voltage appearing in the network can be represented as a reaction to the influence of current sources
Figure 00000064
acting in the circuit (Fig. 16). Connection between
Figure 00000065
It is determined solely by the capacity of the network relative to the ground, since the capacitance is incomparably higher than the resistance to current in the ground and the inductive resistance of the line. Hence, taking into account the positive directions of voltage and current (Fig.16)
Figure 00000066

Voltage drops and feeders from zero sequence currents are negligible, therefore, it is legitimate to assume that
Figure 00000067

in accordance with which condition (29) appears in the following form most convenient for practical application
Figure 00000068

Condition (30) can serve as a criterion for determining the location of damage, of course, with the proviso that the damaged feeder is loaded and the dependence
Figure 00000069
palpable.

Зависимость

Figure 00000070
проявляется тем резче, чем меньше переходное сопротивление замыкания в сравнении с емкостью на землю. При изменении параметра R потенциал земли Φ3 описывает на комплексной плоскости годограф в форме полуокружности (фиг.17). Чем меньше R, тем значительнее повернут вектор UА(xf) относительно своего нормального вертикального положения. В пределе при R _→ O бесконечно малый вектор
Figure 00000071
занимает горизонтальное положение.Dependence
Figure 00000070
manifests itself more sharply, the lower the transient resistance of the circuit in comparison with the capacitance to earth. When changing the parameter R, the earth potential Φ 3 describes a hodograph in the form of a semicircle on a complex plane (Fig. 17). The smaller R, the more significant the vector U A (x f ) is rotated relative to its normal vertical position. In the limit as R _ → O, an infinitesimal vector
Figure 00000071
occupies a horizontal position.

Зависимость потенциала провода от координаты х практически линейна (фиг. 18). Из векторной диаграммы видно, что чувствительность критерия (4) будет тем выше, чем больше разность фаз

Figure 00000072

При R 0 она максимальна и равна 180o, а при R>0 тем значительнее, чем меньше R и чем больше разностный вектор
Figure 00000073

Для поиска координаты xf используется параметр
Figure 00000074

Как следует из (30), в месте замыкания
σ(x=x)=0. (32)
Если влияние соседних линий и распределенной емкости допустимо не учитывать, то
Figure 00000075

Из (31)-(33) искомая координата определяется выражением
Figure 00000076
а для определения зоны 0<xf < l достаточно условия (14).The dependence of the potential of the wire on the x coordinate is almost linear (Fig. 18). The vector diagram shows that the sensitivity of criterion (4) will be the higher, the greater the phase difference
Figure 00000072

At R 0 it is maximum and equal to 180 o , and at R> 0 the more significant, the smaller R and the larger the difference vector
Figure 00000073

To find the x f coordinate, use the parameter
Figure 00000074

As follows from (30), at the point of closure
σ (x = x) = 0. (32)
If the influence of adjacent lines and distributed capacitance is permissible not to be taken into account, then
Figure 00000075

From (31) - (33), the desired coordinate is determined by the expression
Figure 00000076
and to determine the zone 0 <x f <l, condition (14) is sufficient.

Как следует из вышеизложенного, предлагаемый способ определения зоны и места замыкания универсален и в равной степени пригоден для реализации как в качестве дистанционной защиты линий электропередачи, так и определителя места повреждения. Из ряда возможных параметров контролируемого места замыкания тот параметр, что используется в данном способе, отличается наибольшей простотой, так как опирается только на напряжения в месте контролируемого места замыкания. As follows from the foregoing, the proposed method for determining the zone and location of the circuit is universal and equally suitable for implementing both as remote protection of power lines and a determinant of the location of damage. Of the number of possible parameters of the monitored circuit, that parameter that is used in this method is most simple, since it relies only on the voltage at the monitored circuit.

Claims (1)

Способ определения зоны и места замыкания линии электропередачи, основанный на измерении напряжений и токов фаз в начале линии, напряжения и тока нулевой последовательности, преобразовании измеренных величин в ортогональные составляющие комплексного напряжения контролируемого места замыкания и в ортогональные составляющие комплексного опорного сигнала, определении вида замыкания и поврежденных фаз, преобразовании комплексного напряжения контролируемого места замыкания, причем при однофазном замыкании в качестве комплексного напряжения контролируемого места замыкания принимают напряжение поврежденной фазы, а при междуфазном замыкании и при двухфазном замыкании на землю соответственно разность и сумму напряжений фаз, о замыкании в зоне судят по знакам сигналов контролируемого замыкания в начале и в конце зоны, а о месте замыкания судят по переходу сигнала контролируемого замыкания через нулевое значение, отличающийся тем, что комплексный опорный сигнал формируют как составляющую комплексного напряжения линии, формируют первый и второй промежуточные сигналы как произведения одноименных ортогональных составляющих комплексного напряжения контролируемого места замыкания и комплексного опорного сигнала, а сигнал контролируемого места замыкания формируют как сумму первого и второго промежуточных сигналов. A method for determining the zone and place of closure of a power line, based on measuring voltages and phase currents at the beginning of the line, voltage and zero sequence current, converting the measured values to the orthogonal components of the complex voltage of the monitored circuit and the orthogonal components of the complex reference signal, determining the type of circuit and damaged phases, the conversion of the complex voltage of the controlled circuit, and with a single-phase circuit as a complex voltage voltages of the monitored fault location take the voltage of the damaged phase, and in case of interphase fault and two-phase earth faults, respectively, the difference and the sum of the phase voltages, the fault in the zone is judged by the signs of the controlled fault at the beginning and at the end of the zone, and the fault location is judged by the transition a signal of a controlled circuit through a zero value, characterized in that the complex reference signal is formed as a component of the complex voltage of the line, the first and second intermediate signals are formed ak product of like orthogonal components of the complex voltage controlled fault location and integrated reference signal and a signal-controlled circuit space is formed as the sum of the first and second intermediate signals.
SU5041129 1992-05-06 1992-05-06 Method for detecting ground fault in power transmission line RU2073876C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5041129 RU2073876C1 (en) 1992-05-06 1992-05-06 Method for detecting ground fault in power transmission line

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5041129 RU2073876C1 (en) 1992-05-06 1992-05-06 Method for detecting ground fault in power transmission line

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2073876C1 true RU2073876C1 (en) 1997-02-20

Family

ID=21603713

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5041129 RU2073876C1 (en) 1992-05-06 1992-05-06 Method for detecting ground fault in power transmission line

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2073876C1 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2468378C2 (en) * 2010-12-02 2012-11-27 Общество с ограниченной ответственностью "Электроавтоматика" Method of measurement of distance to fault location
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
RU2529773C1 (en) * 2010-07-09 2014-09-27 Сименс Акциенгезелльшафт High-speed remote protection for power supply networks
RU2531769C2 (en) * 2013-07-23 2014-10-27 Степан Георгиевич Тигунцев Method for determination of short circuit spot on overhead power transmission line against measurements at two ends thereof
RU2542745C1 (en) * 2013-09-17 2015-02-27 Общество с ограниченной ответственностью "Исследовательский центр "Бреслер" Method of determination of place of single-phase earth fault of feeder
RU2613158C1 (en) * 2016-02-25 2017-03-15 Общество с ограниченной ответственностью "Исследовательский центр "Бреслер" Method for determining circuit location in electrical system
CN111103501A (en) * 2018-10-09 2020-05-05 长沙理工大学 Method and system for measuring ground insulation parameters of ungrounded neutral point power distribution network

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Аржанников Е.А. Дистанционный принцип в релейной защите и автоматике линий при замыканиях на землю.-М.: Энергоатомиздат, 1985, с. 176. 2. Авторское свидетельство СССР N 1775787, кл. Н 02 Н 3/40, 1991. 3. Авторское свидетельство СССР N 534824, кл. Н 02 Н 3/08, 1975. 4. Авторское свидетельство СССР N 1417094, кл. Н 02 Н 3/26, 1987. *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2529773C1 (en) * 2010-07-09 2014-09-27 Сименс Акциенгезелльшафт High-speed remote protection for power supply networks
US9478968B2 (en) 2010-07-09 2016-10-25 Siemens Aktiengesellschaft Fast distance protection for energy supply networks
RU2468378C2 (en) * 2010-12-02 2012-11-27 Общество с ограниченной ответственностью "Электроавтоматика" Method of measurement of distance to fault location
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
RU2531769C2 (en) * 2013-07-23 2014-10-27 Степан Георгиевич Тигунцев Method for determination of short circuit spot on overhead power transmission line against measurements at two ends thereof
RU2542745C1 (en) * 2013-09-17 2015-02-27 Общество с ограниченной ответственностью "Исследовательский центр "Бреслер" Method of determination of place of single-phase earth fault of feeder
RU2613158C1 (en) * 2016-02-25 2017-03-15 Общество с ограниченной ответственностью "Исследовательский центр "Бреслер" Method for determining circuit location in electrical system
CN111103501A (en) * 2018-10-09 2020-05-05 长沙理工大学 Method and system for measuring ground insulation parameters of ungrounded neutral point power distribution network
CN111103501B (en) * 2018-10-09 2022-05-20 长沙精科电力技术有限公司 Method and system for measuring ground insulation parameters of ungrounded neutral point power distribution network

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2295342C (en) Fault-detection for powerlines
CA2352700C (en) Method and device of fault location for distribution networks
Saber et al. A backup protection technique for three-terminal multisection compound transmission lines
US4261038A (en) Protection of electrical power supply systems
CN110350483A (en) Power converter plant and fault detection method with Earth Fault Detection function
US4864453A (en) Protective relay with selective phase selection for double lines
CN111426908B (en) Single-phase earth fault protection method, device and system for small current earthing system
EP0684678B1 (en) Methods and apparatus for identifying faulted phases on an electric power transmission line
Phadke et al. A new computer based integrated distance relay for parallel transmission lines
RU2073876C1 (en) Method for detecting ground fault in power transmission line
CN110221115B (en) Method, device and equipment for determining single-phase grounding capacitance current
US4333151A (en) Method for protecting an electric power system and digital protective system
de Pereira et al. Fault location in multitapped transmission lines using unsynchronized data and superposition theorem
Zerihun et al. Two novel current-based methods for locating earth faults in unearthed ring operating MV networks
JPH0345344B2 (en)
JPH07122651B2 (en) Ground fault fault location method for high resistance 3-terminal parallel 2-circuit transmission line
Baeckeland et al. Novel fault distance estimation method for lines connected to converter-based generation
JPH0345345B2 (en)
JPH0345343B2 (en)
JP2609331B2 (en) Accident point locator for parallel two-circuit power system
JPH0373825B2 (en)
Bejmert et al. Distance protection of block transformer units
Sanderson et al. Improved directional comparison based algorithm for protection of multi-terminal transmission lines
RU2037246C1 (en) Method of detection of injured phase and failure zone of power line
JPS5857059B2 (en) Distribution line short circuit protection method