RU2782962C1 - Method for determining the location of damage to a cable electric line - Google Patents
Method for determining the location of damage to a cable electric line Download PDFInfo
- Publication number
- RU2782962C1 RU2782962C1 RU2022105525A RU2022105525A RU2782962C1 RU 2782962 C1 RU2782962 C1 RU 2782962C1 RU 2022105525 A RU2022105525 A RU 2022105525A RU 2022105525 A RU2022105525 A RU 2022105525A RU 2782962 C1 RU2782962 C1 RU 2782962C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- line
- damage
- frequency
- voltage
- current
- Prior art date
Links
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 claims description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000002146 bilateral Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory Effects 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 230000001052 transient Effects 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для определения места повреждения кабельной линии (далее - линии).The invention relates to the electric power industry and can be used to determine the location of damage to a cable line (hereinafter referred to as the line).
Известен способ определения расстояния до места повреждения на линии электропередачи [RU 2475768 C1, МПК G01R 31/08, опубл. 20.02.2013], согласно которому на каждом из концов линии измеряют токи и напряжения, выделяют из измеренных токов и напряжений аварийный сигнал, вычисляют коэффициент эксцесса выделенного аварийного сигнала внутри скользящего временного окна, сравнивают вычисленный коэффициент эксцесса с величиной порога, фиксируют момент превышения порога с помощью спутниковой навигационной системы и вычисляют расстояние до места повреждения по разности моментов превышения порога, зафиксированных на концах линии.A known method for determining the distance to the fault on the power line [RU 2475768 C1, IPC G01R 31/08, publ. 20.02.2013], according to which currents and voltages are measured at each end of the line, an alarm signal is isolated from the measured currents and voltages, the kurtosis coefficient of the selected alarm signal is calculated within a sliding time window, the calculated kurtosis coefficient is compared with the threshold value, the moment of exceeding the threshold is fixed with using a satellite navigation system and calculate the distance to the damage site by the difference in the moments of exceeding the threshold, fixed at the ends of the line.
Недостатком данного способа является недостаточная точность определения места повреждения линии электропередачи по причине возможности искажений формы исходного сигнала в зависимости от параметров самой линии и измерительных приборов. При этом может появляться различная временная задержка между возникновением фронта волны переходного процесса и моментом его обнаружения, что также негативно влияет на точность определения места повреждения.The disadvantage of this method is the lack of accuracy in determining the location of damage to the power line due to the possibility of distortion of the shape of the original signal, depending on the parameters of the line itself and measuring instruments. In this case, a different time delay may appear between the appearance of the transient wave front and the moment of its detection, which also negatively affects the accuracy of determining the location of the damage.
Также известен способ определения расстояния до места обрыва проводов линии электросвязи [RU 2315330 C1, МПК G01R 31/08, опубл. 20.01.2008], в котором рассчитывают величину электрической емкости проводов кабеля с исходящим концом, расположенном на одном объекте, и входящим концом, расположенным на другом объекте, по меньшей мере на одной паре проводов кабеля длинной L, выбранной в качестве контрольной. Входящий конец замыкают на резистор, при этом предварительно осуществляют градуировку контрольной пары проводов путем их разрыва при отключении резистора, замера величины электрической емкости разорванного провода контрольной пары Спр и вычисления величины погонной электрической емкости Спогон=Спр/L, затем осуществляют постоянный контроль величины электрического тока в контрольной паре, а в случае уменьшения тока ниже заданной величины производят замеры начального и конечного напряжений на контрольной паре проводов, время заряда электрической емкости уцелевшего участка контрольной пары проводов от исходящего конца кабеля Сост, а расстояние до места обрыва кабеля определяют делением Сост на Спогон.Also known is a method for determining the distance to the point of breaking the wires of the telecommunication line [RU 2315330 C1, IPC G01R 31/08, publ. 01/20/2008], which calculates the value of the electric capacitance of the cable wires with the outgoing end located on one object and the incoming end located on another object, at least on one pair of cable wires of length L, selected as a control one. The incoming end is closed to a resistor, while the control pair of wires is preliminarily calibrated by breaking them when the resistor is turned off, measuring the electrical capacitance of the broken wire of the control pair C pr and calculating the value of the linear capacitance C lenght =C pr /L, then carry out constant monitoring of the value electric current in the control pair, and in the case of a decrease in current below a predetermined value, the initial and final voltages on the control pair of wires are measured, the charge time of the electrical capacitance of the surviving section of the control pair of wires from the outgoing end of the cable C ost , and the distance to the cable break point is determined by dividing C ost on C shoulder straps .
Недостатком данного способа является сложность устройства прибора для измерения времени заряда электрической емкости, входящего в состав изобретения. Кроме того, при малой протяженности линий, измерение их электрической емкости не обеспечивает требуемую точность, что приводит к появлению существенной погрешности в определении места повреждения.The disadvantage of this method is the complexity of the device for measuring the charge time of the electric capacitance, which is part of the invention. In addition, with a short length of lines, the measurement of their electrical capacitance does not provide the required accuracy, which leads to a significant error in determining the location of the damage.
Наиболее близким (прототип) к заявляемому техническому решению является способ определения места повреждения кабельных и воздушных линий электропередачи, при осуществлении которого достигается технический результат, заключающийся в повышении точности определения места повреждения линий электропередач за счет комбинированного применения волнового анализа процессов, протекающих в электросетях, и волнового метода двухсторонних измерений [RU 2733825 C1, МПК G01R 31/08, опубл. 07.10.2020]. Суть изобретения состоит в том, что измеряют мгновенные значения тока и напряжения на частоте 50 Гц и частоте 10 кГц тока и напряжения датчиками, расположенными на концах линии электропередачи. Сравнивают мгновенные значения тока и напряжения в высокочастотном диапазоне для определения по взаимной фазе этих параметров направления на однофазное замыкание на землю. Сравнивают мгновенные значения тока и напряжения в низкочастотном диапазоне для определения факта однофазного или междуфазного замыкания на линии электропередач. При возникновении волновых процессов в контролируемой линии производится осциллографирование контролируемых на обоих концах линии значений напряжения путем аналого-цифрового преобразования с частотой дискретизации 1 МГц с точной привязкой к единому астрономическому времени посредством использования глобальной системы спутникового позиционирования и с последующим вычислением расстояния до места повреждения электропередачи по разности времени прихода фронта волны на каждый из концов линии электропередачи.The closest (prototype) to the claimed technical solution is a method for determining the location of damage to cable and overhead power lines, the implementation of which achieves a technical result, which consists in increasing the accuracy of determining the location of damage to power lines through the combined use of wave analysis of processes occurring in power networks, and wave method of bilateral measurements [RU 2733825 C1, IPC G01R 31/08, publ. 07.10.2020]. The essence of the invention lies in the fact that the instantaneous values of current and voltage at a frequency of 50 Hz and a frequency of 10 kHz of current and voltage are measured by sensors located at the ends of the power line. Compare the instantaneous values of current and voltage in the high-frequency range to determine the mutual phase of these direction parameters for a single-phase earth fault. The instantaneous values of current and voltage are compared in the low-frequency range to determine the fact of a single-phase or phase-to-phase short circuit on a power line. When wave processes occur in the controlled line, oscillography of the voltage values monitored at both ends of the line is performed by analog-to-digital conversion with a sampling rate of 1 MHz with accurate reference to a single astronomical time using a global satellite positioning system and with subsequent calculation of the distance to the power transmission damage site by difference the arrival time of the wave front at each end of the transmission line.
Недостатком данного способа является то, что он имеет ограниченную применимость, так как может быть использован лишь для одного типа повреждения - короткого замыкания линии и не охватывает другой - ее обрыв.The disadvantage of this method is that it has limited applicability, since it can be used only for one type of damage - a short circuit of the line and does not cover another - its break.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является расширение диапазона применимости способа с возможностью определения координаты для обоих типов повреждения линии. The task to be solved by the claimed invention is to expand the range of applicability of the method with the possibility of determining the coordinates for both types of line damage.
При осуществлении изобретения поставленная задача решается за счет достижения технического результата, основанного на использовании предварительно настроенных теоретических амплитудно-координатных (АКХ) характеристик входного тока линии, для каждого типа повреждения, с помощью которых по результатам измерений действующего значения входного тока линии с тем или иным видом повреждения, подключенной к синусоидальному регулируемому генератору с заданными значениями напряжения и частоты, определяют координату места ее повреждения.In the implementation of the invention, the task is solved by achieving a technical result based on the use of pre-configured theoretical amplitude-coordinate (ACC) characteristics of the line input current, for each type of damage, with the help of which, according to the results of measurements of the effective value of the line input current with one or another type damage, connected to a sinusoidal adjustable generator with specified values of voltage and frequency, determine the coordinate of the place of its damage.
При этом частота регулируемого генератора задается равной расчетной частоте, а ее величину выбирают из условия, при котором физическая длина неповрежденной линии электропередачи не должна быть больше четверти длины электромагнитной волны тока и напряжения в ней, а амплитудное значение расчетного напряжения и равное ему напряжение генератора выбирают из диапазона, соответствующего его паспортным данным.In this case, the frequency of the regulated generator is set equal to the calculated frequency, and its value is chosen from the condition under which the physical length of the intact transmission line should not be more than a quarter of the length of the electromagnetic wave of the current and voltage in it, and the amplitude value of the calculated voltage and the generator voltage equal to it are selected from range corresponding to its passport data.
Указанный технический результат достигается следующим образом. На первом этапе, например, по информации диспетчерской службы района электрических сетей, в зону которого входит аварийный участок, устанавливают конкретный вид повреждения линии - короткое замыкание или обрыв. Далее для зафиксированного вида повреждения, на основании теоретического расчета, строят амплитудно-координатную (АКХ) характеристику, представляющую собой зависимость амплитуды входного тока линии от ее переменной длины, задаваемой координатой места повреждения. Начальной точкой обеих (АКХ) характеристик являются значения входного тока неповрежденной линии известной длины с заданными первичными параметрами сопротивления, индуктивности, емкости и проводимости, отнесенными к единице длины линии, подключенной к синусоидальному источнику с фиксированными значениями частоты и напряжения. Далее определяют верхнюю границу частотного диапазона источника напряжения исходя из условия, при котором физическая длина неповрежденной линии не будет превышать четверти длины электромагнитной волны, которая в ней распространяется. Это условие делает (АКХ) характеристику однозначной, т.е. одному значению входного тока линии будет соответствовать одно значение координаты места ее повреждения.The specified technical result is achieved as follows. At the first stage, for example, according to the information of the dispatching service of the district of electrical networks, the zone of which includes the emergency section, a specific type of damage to the line is established - a short circuit or a break. Further, for the fixed type of damage, on the basis of a theoretical calculation, an amplitude-coordinate (ACC) characteristic is built, which is the dependence of the amplitude of the input current of the line on its variable length, given by the coordinate of the damage site. The starting point of both (ACH) characteristics are the values of the input current of an undamaged line of known length with given primary parameters of resistance, inductance, capacitance and conductivity, related to the unit length of the line connected to a sinusoidal source with fixed values of frequency and voltage. Next, the upper limit of the frequency range of the voltage source is determined based on the condition under which the physical length of the intact line will not exceed a quarter of the length of the electromagnetic wave that propagates in it. This condition makes the (AKH) characteristic unambiguous, i.e. one value of the input current of the line will correspond to one value of the coordinate of the place of its damage.
На втором этапе линию с тем или иным видом повреждения подключают к синусоидальному регулируемому генератору и с его помощью задают те же параметры частоты и напряжения, которые использовались при расчете (АКХ) характеристик. Величина расчетного и экспериментального напряжений генератора выбирались из диапазона, соответствующего его паспортным данным.At the second stage, a line with one or another type of damage is connected to a sinusoidal adjustable generator and with its help the same frequency and voltage parameters are set that were used in the calculation (ACC) of the characteristics. The value of the calculated and experimental voltages of the generator were selected from the range corresponding to its passport data.
Измеряют действующее значение входного тока линии с помощью высокочастотного амперметра и умножая это значение на , получают амплитуду тока на входе линии с повреждением, а по (АКХ) характеристике определяют координату места этого повреждения.Measure the effective value of the line input current using a high-frequency ammeter and multiplying this value by , get the amplitude of the current at the input of the line with damage, and according to the (ACC) characteristic, the coordinate of the location of this damage is determined.
Возможный пример использования способа определения места повреждения кабельной электрической линии. A possible example of using the method for determining the location of damage to a cable electric line.
Дана кабельная линия длиной 10 км со среднестатистическими погонными параметрами: Ом/км; Гн/км; Ф/км; См/км.Given a
Схема линии изображена на фиг. 1 и фиг. 2, где показаны режимы холостого хода и короткого замыкания линии соответственно. Обозначены: - общая длина неповрежденной линии; и - длины участков линий после соответствующих видов повреждений; Х - координата повреждения; - комплекс входного напряжения, питающего линию; и - комплексы входных токов холостого хода и короткого замыкания неповрежденной линии соответственно.The line diagram is shown in Fig. 1 and FIG. 2, which shows the modes of idling and short circuit of the line, respectively. Designated: - total length of the intact line; and - lengths of line sections after the corresponding types of damage; X - damage coordinate; - a complex of input voltage supplying the line; and - complexes of input currents of idling and short circuit of the undamaged line, respectively.
Параметры комплексных входных сопротивлений определяют по формулам [Основы теории цепей / Г. В. Зевеке, П. А. Ионкин, А. В. Нетушил, С. В. Страхов. - Учебник для вузов. 4-е изд., перераб. М.: Энергия, 1975. - 752 с.: ил. [стр. 526, формулы (18.32) и (18.33)]:The parameters of the complex input resistances are determined by the formulas [Fundamentals of circuit theory / G. V. Zeveke, P. A. Ionkin, A. V. Netushil, S. V. Strakhov. - Textbook for universities. 4th ed., revised. M.: Energy, 1975. - 752 p.: ill. [p. 526, formulas (18.32) and (18.33)]:
, (1) , (one)
, (2) , (2)
где - волновое сопротивление линии; where - line impedance;
- угловая частота источника синусоидального напряжения на входе линии; - angular frequency of the sinusoidal voltage source at the line input;
- его частота в [Гц]; - its frequency in [Hz];
и - гиперболические функции: котангенс и тангенс; and - hyperbolic functions: cotangent and tangent;
; ;
- постоянная распространения линии. is the line propagation constant.
Верхнюю границу частоты определяют из условия, при котором длина электромагнитной волны в линии будет в 4 раза больше физической длины линии , т.е. составит км.Upper frequency limit determined from the condition under which the length of the electromagnetic wave in the line will be 4 times the physical length of the line , i.e. amount to km.
Используя формулу (3) [Основы теории цепей / Г. В. Зевеке, П. А. Ионкин, А. В. Нетушил, С. В. Страхов. - Учебник для вузов. 4-е изд., перераб. М.: Энергия, 1975. - 752 с.: ил. [стр. 517, формула (18-16)], находят искомую .Using the formula (3) [Fundamentals of the theory of circuits / G. V. Zeveke, P. A. Ionkin, A. V. Netushil, S. V. Strakhov. - Textbook for universities. 4th ed., revised. M.: Energy, 1975. - 752 p.: ill. [p. 517, formula (18-16)], find the desired .
, (3) , (3)
где - фазовая скорость волны в линии.where is the phase velocity of the wave in the line.
Принимая значение км/с для кабельных линий [Основы теории цепей / Г. В. Зевеке, П. А. Ионкин, А. В. Нетушил, С. В. Страхов. - Учебник для вузов. 4-е изд., перераб. М.: Энергия, 1975. - 752 с.: ил. [стр. 525, рисунок (18-5)], определяют верхнее значение = 4250 Гц.Taking the value km / s for cable lines [Fundamentals of the theory of circuits / G. V. Zeveke, P. A. Ionkin, A. V. Netushil, S. V. Strakhov. - Textbook for universities. 4th ed., revised. M.: Energy, 1975. - 752 p.: ill. [p. 525, figure (18-5)], determine the upper value = 4250 Hz.
Комплексы входных токов линии и определяют по формулам:Complexes of line input currents and determined by the formulas:
, (4) , (four)
, (5) , (5)
где ;where ;
- амплитуда входного напряжения; - input voltage amplitude;
- начальная фаза напряжения. - initial voltage phase.
Задаваясь значениями В, , Гц и заменяя константу переменной , объединяют формулы (1), (2), (4) и (5):Asking for values AT, , Hz and replacing the constant variable , combine formulas (1), (2), (4) and (5):
, (6) , (6)
где - амплитудно-координатная характеристика (АКХ)ХХ;where - amplitude-coordinate characteristic (ACC) XX ;
- фазо-координатная характеристика (ФКХ)ХХ. - phase-coordinate characteristic (FCC) XX .
, (7) , (7)
где - амплитудно-координатная характеристика (АКХ)КЗ;where - amplitude-coordinate characteristic (ACC) short circuit ;
- фазо-координатная характеристика (ФКХ)КЗ. - phase-coordinate characteristic (FCC) short circuit .
Используя программный комплекс Wolfram Mathematica, строят (АКХ)ХХ и (АКХ)КЗ характеристики, которые даны на фиг. 3 и фиг. 4 - соответственно.Using the Wolfram Mathematica software package, (ACH) XX and (ACH) SC characteristics are built, which are given in Fig. 3 and FIG. 4 - respectively.
В ходе эксперимента линию с тем или иным видом повреждения подключают к синусоидальному регулируемому генератору и задают амплитуду напряжения = 10 В и частоту Гц.During the experiment, a line with one or another type of damage is connected to a sinusoidal adjustable generator and the voltage amplitude is set = 10 V and frequency Hz.
Далее с помощью высокочастотного амперметра измеряют действующее значение тока на входе линии и после умножения его на получают амплитудное значение . По данному , используя соответствующий виду повреждения график фиг. 3 или фиг. 4 определяют координату места повреждения Х.Next, using a high-frequency ammeter, measure the effective value of the current at the line input and after multiplying it by get the amplitude value . According to this , using the graph of FIG. 3 or fig. 4 determine the coordinate of the damage site X.
Пусть, к примеру, от диспетчерской службы поступила информация об обрыве линии, в результате замера получено значение тока = 70 мА. Тогда, используя график на фиг. 3, получим координату повреждения линии Х = 6805 м.Let, for example, information about a line break was received from the dispatching service, as a result of the measurement, the current value was obtained = 70 mA. Then, using the graph in Fig. 3, we get the line damage coordinate X = 6805 m.
Аналогичным образом можно поступить и в случае короткого замыкания на линии при помощи графика фиг. 4. Например, в результате замера получено значение тока = 200 мА. Тогда, используя график на фиг. 4, получим координату повреждения линии Х = 1935 м. Similarly, you can do in the case of a short circuit on the line using the graph of Fig. 4. For example, as a result of measurement, the current value was obtained = 200 mA. Then, using the graph in Fig. 4, we get the line damage coordinate X = 1935 m.
Claims (2)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2782962C1 true RU2782962C1 (en) | 2022-11-08 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2315330C1 (en) * | 2006-07-17 | 2008-01-20 | Аркадий Яковлевич Раскин | Method of measuring distance to site of breaking in cable power line |
WO2013079933A1 (en) * | 2011-11-28 | 2013-06-06 | The University Of Nottingham | Fault location in power distribution systems |
CN108646142A (en) * | 2018-06-26 | 2018-10-12 | 哈尔滨理工大学 | Based on traveling wave method to cable fault positioning device and localization method |
RU2733825C1 (en) * | 2020-03-31 | 2020-10-07 | Общество с ограниченной ответственностью «ТРИНИТИ ИНЖИНИРИНГ» (ООО «ТРИНИТИ ИНЖИНИРИНГ») | Method of determining fault location of cable and overhead power transmission lines |
RU2741281C2 (en) * | 2016-06-13 | 2021-01-22 | Электрикал Грид Мониторинг Лтд. | Method and system for dynamic fault detection in electric network |
US20220128613A1 (en) * | 2020-10-28 | 2022-04-28 | Katholieke Universiteit Leuven | Determining a fault location on a powerline |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2315330C1 (en) * | 2006-07-17 | 2008-01-20 | Аркадий Яковлевич Раскин | Method of measuring distance to site of breaking in cable power line |
WO2013079933A1 (en) * | 2011-11-28 | 2013-06-06 | The University Of Nottingham | Fault location in power distribution systems |
RU2741281C2 (en) * | 2016-06-13 | 2021-01-22 | Электрикал Грид Мониторинг Лтд. | Method and system for dynamic fault detection in electric network |
CN108646142A (en) * | 2018-06-26 | 2018-10-12 | 哈尔滨理工大学 | Based on traveling wave method to cable fault positioning device and localization method |
RU2733825C1 (en) * | 2020-03-31 | 2020-10-07 | Общество с ограниченной ответственностью «ТРИНИТИ ИНЖИНИРИНГ» (ООО «ТРИНИТИ ИНЖИНИРИНГ») | Method of determining fault location of cable and overhead power transmission lines |
US20220128613A1 (en) * | 2020-10-28 | 2022-04-28 | Katholieke Universiteit Leuven | Determining a fault location on a powerline |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2464581C2 (en) | Measurement of full resistance of power transmission line | |
EP1736788B1 (en) | Apparatus for searching electromagnetic disturbing source | |
CN110082636B (en) | Power cable fault positioning method and system | |
US11081879B2 (en) | Direct current distance protection controllers | |
EP3179256A1 (en) | Non-contact ac voltage measurement device | |
US20150226781A1 (en) | Method for Fault Location Analysis of Ungrounded Distribution Systems | |
US3248646A (en) | Location of cable faults by comparing a section of the faulted cable with a part of the section | |
CN103576002A (en) | Method for calculating dielectric loss angle of compatible insulating device | |
CA1056909A (en) | Apparatus for localization of a line fault | |
CN111141995B (en) | Line double-end steady-state distance measuring method and system based on amplitude comparison principle | |
GB1419779A (en) | Monitoring of capacitance | |
EP2024755B1 (en) | A method for determining the linear electrical response of a transformer, generator or electrical motor | |
EP1684081B1 (en) | Method and device for characterizing the linear properties of an electrical component | |
CN109406880A (en) | A kind of detection system and method for insulation resistance | |
RU2782962C1 (en) | Method for determining the location of damage to a cable electric line | |
RU2305292C1 (en) | METHOD OF DETECTING FAULT IN 6( 10 )-35 kV ELECTRIC CIRCUIT WITH ISOLATED OR COMPENSATED NEUTRAL POINT | |
CN117434386A (en) | High-voltage cable sheath defect positioning method based on sheath grounding loop broadband impedance spectrum | |
RU2715909C1 (en) | Device for electric current protection of electric circuits against single-phase earth faults | |
JP2002536669A (en) | Measurement method for capacity measurement system | |
CN112595913B (en) | Cable local aging detection method and detection device | |
JPS5920110B2 (en) | Fault point location method for power transmission line fault detection and protection | |
CN210005673U (en) | capacitance voltage transformer metering precision on-line monitoring system | |
Shilin et al. | Intelligent Reflectometer for Diagnostics of Air Transmission Lines | |
RU2798941C1 (en) | Method for determining the location of a single-phase ground fault of overhead power lines in electrical networks with isolated zero line | |
RU2522829C1 (en) | Method of primary and consolidated secondary parameter determination at uniform section of three-wire power transmission line by eight-terminal circle |