RU2801438C1 - Method for determining location of a short circuit on an overhead power line with unsynchronized measurements from its two ends - Google Patents

Method for determining location of a short circuit on an overhead power line with unsynchronized measurements from its two ends Download PDF

Info

Publication number
RU2801438C1
RU2801438C1 RU2023108354A RU2023108354A RU2801438C1 RU 2801438 C1 RU2801438 C1 RU 2801438C1 RU 2023108354 A RU2023108354 A RU 2023108354A RU 2023108354 A RU2023108354 A RU 2023108354A RU 2801438 C1 RU2801438 C1 RU 2801438C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
short circuit
currents
line
voltages
instantaneous values
Prior art date
Application number
RU2023108354A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Леонидович Куликов
Павел Владимирович Илюшин
Александр Александрович Севостьянов
Антон Алексеевич Лоскутов
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ)
Application granted granted Critical
Publication of RU2801438C1 publication Critical patent/RU2801438C1/en

Links

Abstract

FIELD: electric power industry.
SUBSTANCE: invention can be used to determine the location of a short circuit on power lines during unsynchronized measurements from its two ends. Essence: measured from both ends of the line (' - one end of the line,'' - the second end of the line) instantaneous values of phase currents (i'A, i'B, i'C), (i''A, i''B, i''C) and stresses (u'A, u'B, u'C), (u''A, u''B, u''C) during a short circuit, receive their oscillograms. The oscillograms from the two ends of the line are combined along the cut of the beginning of the short circuit. Arrays are formed from successive instantaneous values for each of the oscillograms of the current and voltage of the damaged phase i' (m), i'' (m), u' (m), u'' (m), determine the first time derivatives of the currents for the selected arrays of instantaneous values di'(m)/ dt m , di''(m)/ dt m , as well as the first and second derivatives of the voltages du'(m)/ dt m , du''(m)/ dt m , d 2 u'(m)/ dt 2 m , d 2 u''(m)/ dt 2 m . The voltage matrices U 1 and U 2 are formed using the active resistance R, inductance L and transverse capacitance C of the power line, instantaneous values of arrays of currents, voltages i'(m), i''(m), u'(m), u''(m), as well as the instantaneous values of the derivatives of currents and voltages. The relative value of the distance to the short circuit n is determined using the voltage matrices U 1 and U 2 and the least squares method. Based on the obtained relative value of the distance to the place of the short circuit n, the distance to the place of the short circuit is determined from the side of the end with the index '.
EFFECT: improving the accuracy of determining the location of a short circuit under conditions of deviations of currents and voltages from a sinusoidal shape, taking into account the distributed capacitance of power transmission lines.
1 cl, 4 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для определения места короткого замыкания на линиях электропередачи при несинхронизированных замерах с двух ее концов.The present invention relates to the electric power industry and can be used to determine the location of a short circuit on power lines with unsynchronized measurements from its two ends.

Известен способ определения места повреждения на воздушных линиях электропередачи [Патент РФ № 2526095, МПК G01R 31/08, опубл. 20.08.2014, Бюл. № 23], в котором измеряют с двух концов линии фазные напряжения и токи, преобразуют их в расчетные комплексные значения по предложенным выражениям и, используя мнимые части расчетных величин, находят расчетным путем относительные и физические расстояния места повреждения от концов линии электропередачи. В этом способе не используют эквивалентные параметры питающих систем, устранено влияние переходного сопротивления.A known method of determining the location of damage on overhead power lines [RF Patent No. 2526095, IPC G01R 31/08, publ. 20.08.2014, Bull. No. 23], in which phase voltages and currents are measured from both ends of the line, they are converted into calculated complex values according to the proposed expressions and, using the imaginary parts of the calculated values, the relative and physical distances of the damage site from the ends of the power line are calculated by calculation. In this method, the equivalent parameters of the supply systems are not used; the influence of the transient resistance is eliminated.

Недостатком указанного способа, является необходимость использования только мнимых составляющих расчетных величин. Указанный недостаток может приводить к погрешности в определении места повреждения из-за недостаточного объема учитываемых параметров, в частости, из-за отсутствия учета распределенного емкостного сопротивления линии электропередачи.The disadvantage of this method is the need to use only the imaginary components of the calculated values. This shortcoming can lead to an error in determining the location of the damage due to the insufficient amount of parameters taken into account, in particular, due to the lack of consideration of the distributed capacitance of the power line.

Известен способ определения места повреждения на воздушных линиях электропередачи [Технология векторной регистрации параметров и ее применение для управления режимами ЕЭС России, Электро. Электротехника, Электроэнергетика, Электротехническая промышленность. 2011. №2. С. 2-5], в котором необходимость использования только мнимых составляющих расчетных величин устраняется. В этом способе предварительно измеряют угол между токами по концам линии, что выполняют путем использования цифровых каналов связи между концами линии электропередачи или путем использования спутниковой синхронизации времени. При использовании цифровых каналов связи углы определяют путем выполнения выборок, синхронизированных по времени или путем постоянного вычисления времени прохождения сигнала между полукомплектами дифференциальной защиты линии. При использовании спутниковой синхронизации времени импульсы синхронизации времени получают от приемников сигнала ГЛОНАСС (GPS). Далее измеряют с двух концов линии фазные напряжения и токи, преобразуют их в расчетные комплексные значения по предложенным выражениям и, используя полные части расчетных величин, находят расчетным путем относительные и физические расстояния места повреждения от концов линии электропередачи. В этом способе не используют эквивалентные параметры питающих систем, устранено влияние переходного сопротивления.A known method of determining the location of damage on overhead power lines [Technology of vector registration of parameters and its application to control the modes of the UES of Russia, Electro. Electrical engineering, Electric power industry, Electrotechnical industry. 2011. №2. S. 2-5], in which the need to use only the imaginary components of the calculated values is eliminated. In this method, the angle between the currents at the ends of the line is preliminarily measured, which is done by using digital communication channels between the ends of the power line or by using satellite time synchronization. When using digital communication channels, the angles are determined by performing time-synchronized samples or by constantly calculating the signal transit time between the line differential protection half-sets. When using satellite time synchronization, time synchronization pulses are received from GLONASS (GPS) signal receivers. Next, phase voltages and currents are measured from both ends of the line, converted into calculated complex values according to the proposed expressions and, using the full parts of the calculated values, the relative and physical distances of the damage site from the ends of the power line are calculated by calculation. In this method, the equivalent parameters of the supply systems are not used; the influence of the transient resistance is eliminated.

Недостатком способа является необходимость использования сложного оборудования и алгоритмов, например, цифровых каналов связи между концами линии, когда углы определяют путем выполнения синхронизированных выборок по времени или путем постоянного вычисления времени прохождения сигнала между полукомплектами дифференциальной защиты линии, или оборудования спутниковой синхронизации времени, когда импульсы синхронизации времени получают от приемников сигнала ГЛОНАСС (GPS).The disadvantage of this method is the need to use complex equipment and algorithms, for example, digital communication channels between the ends of the line, when the angles are determined by performing synchronized samples in time or by constantly calculating the signal transit time between the differential protection half sets of the line, or satellite time synchronization equipment, when the synchronization pulses time is received from GLONASS (GPS) signal receivers.

Наиболее близким техническим решением является способ определения места короткого замыкания на воздушной линии электропередачи при несинхронизированных замерах с двух ее концов [Патент РФ № 2508556, МПК G01R 31/08, опубл. 27.02.2014, Бюл. № 6], имеющей длину l, активное R и индуктивное сопротивление X L , соединяющей две питающие системы, в котором измеряют с двух концов линии не синхронизированные по времени фазные токи и напряжения во время короткого замыкания, определяют поврежденные фазы, определяют относительное значение расстояния до места короткого замыкания n и физическое расстояние до места короткого замыкания со стороны конца линии с индексом ' по выражению l' = nl. Согласно предложению измеряют с двух концов линии (' -The closest technical solution is a method for determining the location of a short circuit on an overhead power line with unsynchronized measurements from its two ends [RF Patent No. 2508556, IPC G01R 31/08, publ. 27.02.2014, Bull. No. 6], having a length l , active R and inductive resistance X L , connecting two supply systems, in which phase currents and voltages not synchronized in time during a short circuit are measured from both ends of the line, damaged phases are determined, the relative value of the distance to places of short circuit n and physical distance to the place of short circuit from the end of the line with index ' according to the expression l ' = nl . According to the proposal, measure from both ends of the line (' -

один конец линии, " - второй конец линии) мгновенные значения фазных токов (i'A, i'B, i'C), (i"A, i"B, i"C) и напряжений (u'A, u'B, u'C), (u"A, u"B, u"C) во время короткого замыкания, получают осциллограммы токов и напряжений, совмещают осциллограммы с двух концов линии по срезу начала короткого замыкания, выбирают на интервале двух-десяти периодов от начала короткого замыкания сечение на осциллограммах тока и напряжения поврежденной фазы, снимают мгновенные значения токов i', i” и напряжений u', u" в сечении и в соседних точках, вычисляют производные от токов по времени di'/dt, di"/dt, определяют относительное значение расстояния до места короткого замыкания по выражению (1): one end of the line, "- the second end of the line) instantaneous values of phase currents ( i ' A , i ' B , i ' C ), ( i " A , i " B , i " C ) and voltages ( u ' A , u ' B , u ' C ), ( u " A , u " B , u " C ) during a short circuit, receive oscillograms of currents and voltages, combine the oscillograms from both ends of the line along the cut of the beginning of the short circuit, select in the interval of two to ten periods from the beginning of the short circuit, the section on the oscillograms of the current and voltage of the damaged phase, take the instantaneous values of the currents i ', i ”and voltages u ', u " in the section and at neighboring points, calculate the derivatives of the currents with respect to time di '/ dt , di "/ dt , determine the relative value of the distance to the place of the short circuit according to the expression (1):

где n - относительное значение расстояния до места короткого замыкания; u', u" - мгновенные значения напряжений, полученные в сечении осциллограмм напряжений поврежденной фазы с одного и второго концов линии (В); i', i" - мгновенные значения токов, полученные в сечении осциллограмм токов поврежденной фазы с одного и второго концов линии (А); di'/dt, di"/dt - производные токов по времени (А/с); R, X L - активное и индуктивное фазные сопротивления линии электропередачи (Ом).where n is the relative value of the distance to the short circuit; u ', u "- instantaneous voltage values obtained in the section of the oscillograms of the damaged phase voltages from one and the second ends of the line (B); i ', i "- instantaneous current values obtained in the section of the oscillograms of the damaged phase currents from one and the second ends of the line (A); di '/ dt , di "/ dt - time derivatives of currents (A / s); R , X L - active and inductive phase resistances of the power line (Ohm).

Недостатком способа-прототипа определения места короткого замыкания (ОМКЗ) на воздушной линии электропередачи (ЛЭП) при несинхронизированных замерах с двух ее концов являются ошибки в определении расстояния до места короткого замыкания при отклонении показателей качества электрической энергии (ПКЭЭ) даже в пределах нормативных значений, а также из-за отсутствия учета распределенного емкостного сопротивления воздушной линии электропередачи (ВЛ).The disadvantage of the prototype method for determining the location of a short circuit (OMKZ) on an overhead power line (TL) with unsynchronized measurements from its two ends are errors in determining the distance to the place of a short circuit when the quality of electrical energy (PCEE) deviates even within the limits of standard values, and also due to the lack of consideration of the distributed capacitance of the overhead power transmission line (OL).

Например, стандартом организации ПАО «ФСК ЕЭС» СТО 56947007-29.240.55.224.2016 «Методические указания по определению мест повреждений ВЛ напряжением 110 кВ и выше», введенным 17.08.2016 г., предполагается, что отсутствие необходимости в учете реактивной (емкостной) проводимости должно быть предварительно оценено. Пренебрежение этой проводимостью (в особенности при расчетах вручную) допустимо, если возникающая из-за этого погрешность расчета расстояния не превышает 2 %.For example, the standard of the organization PJSC "FGC UES" STO 56947007-29.240.55.224.2016 "Guidelines for determining the location of damage to overhead lines with a voltage of 110 kV and above", introduced on August 17, 2016, it is assumed that there is no need to take into account the reactive (capacitive) conductivity must be pre-assessed. Neglecting this conductivity (especially in manual calculations) is permissible if the resulting distance calculation error does not exceed 2%.

Погрешность от пренебрежения реактивной проводимостью зависит от протяженности ВЛ и сопротивления примыкающих к ней сетей.The error from neglecting reactive conductivity depends on the length of the overhead line and the resistance of the networks adjacent to it.

Указанным стандартом организации вводятся следующие рекомендации. При использовании параметров нулевой последовательности допустимо пренебрежение этой проводимостью для ВЛ протяженностью до 100 км, при использовании параметров обратной последовательности - до 120-150 км. Для ВЛ большой протяженности, где основное значение приобретает отношение сопротивлений примыкающей сети и ВЛ, допускается не учитывать реактивную проводимость для линий электропередачи длиной до 200-250 км, если это отношение находится в диапазоне 0,1-0,5.The specified standard of the organization introduces the following recommendations. When using zero sequence parameters, it is permissible to neglect this conductivity for overhead lines up to 100 km long, when using negative sequence parameters - up to 120-150 km. For long-range overhead lines, where the ratio of the resistances of the adjacent network and overhead lines becomes of primary importance, it is allowed to ignore the reactive conductivity for power lines up to 200-250 km long, if this ratio is in the range of 0.1-0.5.

При учете поперечной емкостной проводимости схема замещения для ОМКЗ воздушной ЛЭП (фиг. 1) изменяется и принимает вид фиг. 2. Соответственно изменяются дифференциальные уравнения, описывающие соотношение токов и напряжений поврежденной ЛЭП. А падение напряжения до точки короткого замыкания с двух концов линии (фиг. 2) соответствует следующему выражению:When taking into account the transverse capacitive conductivity, the equivalent circuit for the OMKZ of an overhead power line (Fig. 1) changes and takes the form of Fig. 2. Accordingly, the differential equations that describe the ratio of currents and voltages of a damaged power line change. And the voltage drop to the short circuit point from the two ends of the line (Fig. 2) corresponds to the following expression:

где L и C - продольная индуктивность и поперечная емкость воздушной ЛЭП, соответствующие схеме замещения фиг. 2.where L and C are the longitudinal inductance and transverse capacitance of the overhead transmission line, corresponding to the equivalent circuit of Fig. 2.

После преобразования выражения (2) получаем выражение для расчета расстояния до места ОМКЗ воздушной ЛЭП применительно к схеме замещения фиг. 2:After the transformation of expression (2), we obtain an expression for calculating the distance to the place of the OMKZ of an overhead power line in relation to the equivalent circuit of Fig. 2:

Следует отметить, что в отличие от соотношения (1) в выражении (3), наряду с параметрами воздушной ЛЭП, напряжениями u' и u'', токами i' и i'', а также их производными di'/dt, di''/dt, дополнительно задействованы первые du'/dt, du''/dt, а также вторые d 2 u'/dt 2, d 2 u''/dt 2 производные напряжений u' и u''. Именно использование первых и вторых производных напряжения позволяет учесть поперечную емкостную проводимость схемы замещения фиг. 2.It should be noted that, in contrast to relation (1) in expression (3), along with the parameters of the overhead transmission line, voltages u ' and u '', currents i ' and i '', as well as their derivatives di '/ dt , di ''/ dt , the first du '/ dt , du ''/ dt are additionally involved, as well as the second d 2 u '/ dt 2 , d 2 u ''/ dt 2 derivatives of voltages u ' and u ''. It is the use of the first and second derivatives of the voltage that makes it possible to take into account the transverse capacitive conductance of the equivalent circuit of Fig. 2.

Известно [например, Куликов А.Л., Колобанов П.А., Фальшина В.А. Алгоритм цифровых измерительных органов дистанционных защит на основе дифференциальных уравнений линии // Электрические станции. 2014. № 8. С. 44-49], что применение дифференциальных уравнений, соответствующих модели ЛЭП (фиг. 2), позволяет учитывать при обработке осциллограмм аварийных событий как апериодическую составляющую тока, так и переходные высокочастотные компоненты сигналов напряжения и тока без какой-либо дополнительной фильтрации. Таким образом, способ определения места короткого замыкания на воздушной линии электропередачи при несинхронизированных замерах с двух ее концов, использующий модель воздушной ЛЭП (фиг. 2), предполагает включение источников переходных процессов сигналов напряжения и тока в алгоритм расчета расстояния до места повреждения (выражение (3)) и не требует дополнительной фильтрации составляющих переходных процессов в осциллограммах аварийных событий.It is known [for example, Kulikov A.L., Kolobanov P.A., Falshina V.A. Algorithm for digital measuring devices of distance protection based on differential equations of the line. Elektricheskie stantsii. 2014. No. 8. S. 44-49] that the use of differential equations corresponding to the power transmission line model (Fig. 2) makes it possible to take into account, when processing oscillograms of emergency events, both the aperiodic current component and the transient high-frequency components of voltage and current signals without any or additional filtering. Thus, the method for determining the location of a short circuit on an overhead power line with unsynchronized measurements from its two ends, using the model of an overhead power line (Fig. 2), involves the inclusion of sources of transient voltage and current signals in the algorithm for calculating the distance to the fault site (expression (3 )) and does not require additional filtering of the components of transients in the oscillograms of emergency events.

Причинами возникновения ошибок ОМКЗ на ЛЭП при отклонениях ПКЭЭ от нормативных значений могут, например, стать:The reasons for the occurrence of errors OMKZ on power lines in case of deviations of the SCEE from the standard values can, for example, be:

- отклонения промышленной частоты от значения f = 50 Гц, определяющие ошибки, вызванные несоответствующей частотой дискретизации при реализации расчетных алгоритмов;- deviations of the industrial frequency from the value f = 50 Hz, which determine the errors caused by the inappropriate sampling rate in the implementation of the calculation algorithms;

- насыщение трансформаторов тока и соответствующее ему появление апериодической (постоянной) составляющей в синусоидальных аварийных осциллограммах токов;- saturation of current transformers and the corresponding appearance of an aperiodic (constant) component in sinusoidal emergency current oscillograms;

- наличие кратных гармоник и интергармоник в аварийных осциллограммах токов и напряжений, вызванных, например, влиянием электроприемников промышленных потребителей;- the presence of multiple harmonics and interharmonics in emergency oscillograms of currents and voltages, caused, for example, by the influence of electrical consumers of industrial consumers;

- искажающее воздействие различных помеховых составляющих в виде фликера и высокочастотных индустриальных помех;- distorting effect of various interference components in the form of flicker and high-frequency industrial interference;

- другие факторы.- other factors.

Поскольку в способе-прототипе, его расчетных соотношениях, предусмотрено, что аварийные токи и напряжения представлены идеальными синусоидальными сигналами частоты f = 50 Гц без помех, а вычисления ведутся с использованием только отдельных мгновенных значений, то из-за отклонений частных ПКЭЭ (или их совокупного воздействия) ошибки ОМКЗ могут быть существенными. Причем, отклонения ПКЭЭ могут находиться в пределах допустимых значений, а их совокупное влияние на точность ОМКЗ ЛЭП может оказаться существенным.Since in the prototype method, its calculated ratios, it is provided that emergency currents and voltages are represented by ideal sinusoidal signals of frequency f = 50 Hz without interference, and calculations are carried out using only individual instantaneous values, then due to deviations of private SCEE (or their total impact), OMCB errors can be significant. Moreover, the deviations of the SCEE may be within the permissible values, and their cumulative effect on the accuracy of the OMKZ of power lines may be significant.

Для оценки ошибок ОМКЗ, вызванных отклонениями ПКЭЭ, воспользуемся расчетным примером, приведенным в способе-прототипе, а также расчетным выражением (1), включающим мгновенные значения тока и напряжения с двух сторон ЛЭП. Считаем, что i'(m) и di'(m)/dt m , а также i''(m) и di''(m)/dt m являются квадратурными (ортогональными) составляющими, полученными в некоторый момент времени (m). Тогда амплитуды токов по концам ЛЭП можно определить из выражений (4):To assess the errors of OMCB caused by deviations of the SCEE, we will use the calculation example given in the prototype method, as well as the calculation expression (1), including the instantaneous values of current and voltage on both sides of the power line. We consider that i '( m ) and di '( m )/ dt m , as well as i ''( m ) and di ''( m )/ dt m are quadrature (orthogonal) components obtained at some point in time ( m ). Then the amplitudes of the currents at the ends of the transmission line can be determined from expressions (4):

где функция sqrt {} означает операцию вычисления квадратного корня.where the function sqrt { } means the square root operation.

Падения напряжения до точки КЗ с двух сторон ЛЭП (фиг. 1) будут соответствовать равенству:The voltage drop to the short circuit point on both sides of the power transmission line (Fig. 1) will correspond to the equation:

Формирование осциллограмм напряжения по концам ЛЭП можно реализовать с использованием выражений (6)-(7):The formation of voltage oscillograms at the ends of the power transmission line can be implemented using expressions (6) - (7):

а также выражений для квадратурных составляющих токов по концам ЛЭП:as well as expressions for the quadrature components of the currents at the ends of the transmission line:

Тогда мгновенные значения осциллограмм напряжения будут соответствовать выражениям (10)-(11):Then the instantaneous values of the voltage waveforms will correspond to expressions (10)-(11):

Рассчитаем значение величины U, подставляя данные численного примера способа-прототипа: u' = 100051,9 (В); u" = 79091 (В); i' = 11274,6 (А); di'/dt = 8143,71 (А/с); i'' = 7336,6 (А); di''/dt = 5264,74 (А/с); n = 0,5. Выберем при этом удельные параметры ЛЭП 110 кВ, воспользовавшись данными [Панова Е.А., Альбрехт А.Я. Уточненные удельные электрические параметры двухцепных ЛЭП 110 кВ для дистанционного определения места повреждения // Электротехнические системы и комплексы. 2016. №4 (33). С. 35-40. doi: 10.18503/2311-8318-2016-4(33)-35-40] и принимающими для провода АС-120 значения R уд = 0,25 (Ом/км); X L уд = 0,404 (Ом/км). С учетом длины ЛЭП l = 50 км имеем: Let's calculate the value of U by substituting the data of a numerical example of the prototype method: u ' = 100051.9 (B); u "= 79091 (B); i '= 11274.6 (A); di' / dt = 8143.71 (A / s); i '' = 7336.6 (A); di ''/ dt = 5264 ,74 (A / s), n = 0.5. In this case, we select the specific parameters of the 110 kV power transmission line, using the data [Panova E.A., Albrecht A.Ya. Refined specific electrical parameters of double-circuit power lines 110 kV for remote determination of the fault location // Electrotechnical Systems and Complexes, 2016, No. 4 (33), pp. 35-40, doi: 10.18503/2311-8318-2016-4(33)-35-40] and accepting Rsp values for the AC-120 wire = 0.25 (Om/km) X L beats = 0.404 (Om/km) Taking into account the length of the power line l = 50 km, we have:

Вычислим амплитуды токов I' и I'', воспользовавшись равенствами (4):Let us calculate the amplitudes of the currents I ' and I '', using equalities (4):

Например, исходя из значений переменных на одном из концов ЛЭП и погрешности округлений, имеем:For example, based on the values of variables at one of the ends of the power transmission line and the rounding error, we have:

Таким образом, с учетом (10)-(11) выражения для формирования осциллограмм напряжения по концам ЛЭП принимают вид:Thus, taking into account (10)-(11), the expressions for the formation of voltage oscillograms at the ends of the power transmission line take the form:

Введем частоту дискретизации, например, соответствующую переменной (m) и составляющую N = 8 отсчетов на период промышленной частоты (интервал дискретизации t д = 0,0025 с). Относительно начала времени анализа осциллограмм выберем задержку, например, девять отсчетов сигнала (тока, напряжения) t з = 9⋅t д = 0,0225 с. Следует отметить, что численный выбор значения (m) не влияет на амплитудно-фазовые соотношения токов и напряжений и точность вычислений по выражению (1), поскольку справедливость равенства (1) должна соблюдаться для каждого дискретного момента времени (m).We introduce the sampling rate, for example, corresponding to the variable ( m ) and the component N = 8 samples per period of the industrial frequency (sampling interval t d = 0.0025 s). With respect to the beginning of the analysis time of the oscillograms, we choose a delay, for example, nine signal counts (current, voltage) t z = 9⋅ t d = 0.0225 s. It should be noted that the numerical choice of the value ( m ) does not affect the amplitude-phase ratios of currents and voltages and the accuracy of calculations according to expression (1), since the validity of equality (1) must be observed for each discrete time moment ( m ).

Для верификации и определения точности задания модельных аналитических выражений (4) - (16) реализуем процедуру ОМКЗ ЛЭП в предположении, что промышленная частота принимает значения f = 50 Гц, а значение дискретной переменной m = 1. При этом общее дискретное время составит t = t з + t д = 10⋅t д и имеют место следующие соотношения:To verify and determine the accuracy of setting model analytical expressions (4) - (16), we implement the OMKZ procedure for power lines under the assumption that the industrial frequency takes the values f = 50 Hz, and the value of the discrete variable m = 1. In this case, the total discrete time will be t = t h + t d = 10⋅ t d and the following relations hold:

Таким образом, расстояние до места повреждения составляет x' = n·l = 0,5000099·50 = 25,000495 км и соответствует расчетному примеру способа-прототипа. Thus, the distance to the damage site is x ' = n l = 0.5000099·50 = 25.000495 km and corresponds to the calculated example of the prototype method.

Предположим, что, например, со стороны системы-1 (фиг. 1) дискретные мгновенные значения тока i'(m) искажены фликером [например, ГОСТ 32144-2013]. Искаженный сигнал тока i'(m) иллюстрирует фиг. 3(а), а математическое выражение для мгновенных значений тока с учетом запаздывания t з соответствуют соотношению:Let us assume that, for example, from the side of system-1 (Fig. 1), the discrete instantaneous values of the current i '( m ) are distorted by flicker [for example, GOST 32144-2013]. The distorted current signal i '( m ) is illustrated in FIG. 3(a), and the mathematical expression for instantaneous current values, taking into account the delay t z, corresponds to the relationship:

где k - число (постоянный коэффициент), характеризующее «глубину искажений» фликером; rnd(m) - случайное число (например, распределенное по равномерному закону в интервале [0; 1], формируемое при каждом значении дискретного времени m.where k is a number (constant coefficient) characterizing the "depth of distortion" by flicker; rnd ( m ) - a random number (for example, uniformly distributed in the interval [0; 1], formed at each discrete time value m .

В частности, постановка численных значений примера способа-прототипа приводит к зависимости:In particular, setting the numerical values of the example of the prototype method leads to the dependence:

а реализация осциллограммы тока при N = 20 (t д = 10-3 с), k = 0,15 (15% от амплитуды I'), t з = 9⋅t д = 9⋅10-3с приведена на фиг. 3(а).and the implementation of the current waveform at N = 20 ( t d = 10 -3 s), k = 0.15 (15% of the amplitude I '), t c = 9⋅ t d = 9⋅10 -3 s is shown in Fig. 3(a).

Отметим, что выражение для мгновенных значений напряжения u'(m) приобретают вид:Note that the expression for the instantaneous voltage values u '( m ) takes the form:

Примем, что со стороны системы -2 (фиг. 1) присутствует нелинейная нагрузка, которая выдает в электрическую сеть, например, интергармоники. Для простоты примера считаем, что мгновенные значения тока i''(m) искажены интергармоникой частоты f и = 135 Гц с амплитудой I и = 0,15⋅I'' и нулевой начальной фазой:Let us assume that from the side of the system -2 (Fig. 1) there is a non-linear load that outputs, for example, interharmonics to the electrical network. For simplicity of the example, we assume that the instantaneous values of the current i ''( m ) are distorted by the interharmonic frequency f and = 135 Hz with the amplitude I and = 0.15⋅ I '' and zero initial phase:

Осциллограмму тока i''(m) при заданном варианте искажений интергармоникой иллюстрирует фиг. 3(б). Тогда выражение для мгновенных значений напряжения со стороны системы-2 принимают следующий вид:The oscillogram of the current i ''( m ) for a given variant of interharmonic distortion is illustrated in Fig. 3(b). Then the expression for the instantaneous voltage values from the side of system-2 takes the following form:

Таким образом, расчетное выражение для места повреждения в присутствии фликера и интергармоники частоты f и = 135 Гц соответствует равенству:Thus, the calculated expression for the damage site in the presence of flicker and interharmonics of frequency f and = 135 Hz corresponds to the equality:

Постановка численных значений в соответствии с таблицей 1 и выражением (27) при = 0,15 приводит к следующим результатам.Setting numerical values in accordance with Table 1 and expression (27) at k = 0.15 leads to the following results.

Таблица 1. Значения расчетных параметровTable 1. Values of calculated parameters

ПараметрParameter I'
(А)
I '
(A)
I''
(А)
I ''
(A)
f
(Гц)
f
(Hz)
t д
(с)
t d
(With)
L
(Гн)
L
(H)
R
(Ом)
R
(ohm)
f и
(Гц)
f and
(Hz)
U
(В)
U
(IN)
nn
ЗначениеMeaning 13908,1513908.15 9030,139030.13 5050 0,00250.0025 0,06430.0643 12,512.5 135135 29323,8329323.83 0,50.5

- при m = 20; n и(20) = 0,486; Δx = l⋅(n - n и) = 50⋅(0,5 - 0,486) = 0,7 (км);- at m = 20; n and (20) = 0.486; Δ x = l ⋅( n - n and ) = 50⋅(0.5 - 0.486) = 0.7 (km);

- при m = 60; n и(60) = 0,526; Δx = l⋅(n - n и) = 50⋅(0,5 - 0,526) = -1,30 (км).- at m = 60; n and (60) = 0.526; Δ x \u003d l ⋅ ( n - n and ) \u003d 50 ⋅ (0.5 - 0.526) \u003d -1.30 (km).

Анализ полученных результатов расчетов показывает, что ошибки ОМКЗ ЛЭП могут иметь как положительный, так и отрицательный знак, они распределены неравномерно относительно использования различных моментов времени.The analysis of the obtained results of calculations shows that the errors of the OMKZ of power transmission lines can have both positive and negative signs, they are distributed unevenly with respect to the use of different points in time.

Точность расчета расстояния до повреждения задают, исходя из требований эксплуатационной практики. Оперативно-технологический персонал электрических сетей считает высокой точность расчета расстояния до места повреждения, если ошибка расчета не превышает длину одного пролета линии [например, Куликов А.Л., Обалин М.Д. Адаптивное определение места повреждения линий электропередачи по параметрам аварийного режима. Часть 2. - М.: НТФ «Энергопрогресс», 2019. - 80 с.]. Длина одного пролета воздушной ЛЭП напряжением 110 кВ составляет 0,15-0,2 км, поэтому требуемая точность расчета расстояния до места повреждения составляет Δх = 0,2 км.The accuracy of calculating the distance to damage is set based on the requirements of operational practice. The operational and technological personnel of electrical networks consider the accuracy of calculating the distance to the fault site to be high if the calculation error does not exceed the length of one span of the line [for example, Kulikov A.L., Obalin M.D. Adaptive determination of the location of damage to power lines by the parameters of the emergency mode. Part 2. - M.: NTF "Energoprogress", 2019. - 80 p.]. The length of one span of an overhead power transmission line with a voltage of 110 kV is 0.15-0.2 km, so the required accuracy of calculating the distance to the damage site is Δ x = 0.2 km.

Таким образом, в большинстве расчетных случаев, при условии отклонений токов и напряжений от синусоидальной формы способ-прототип не позволяет реализовать расчет расстояния до места повреждения с требуемой точностью.Thus, in most calculated cases, subject to deviations of currents and voltages from the sinusoidal form, the prototype method does not allow calculating the distance to the fault with the required accuracy.

Задача изобретения - повышение точности определения места короткого замыкания на воздушной линии электропередачи при несинхронизированных замерах с двух ее концов в условиях отклонений токов и напряжений от синусоидальной формы с учетом распределенного емкостного сопротивления воздушной линии электропередачи.The objective of the invention is to improve the accuracy of determining the location of a short circuit on an overhead power line with unsynchronized measurements from its two ends under conditions of deviations of currents and voltages from a sinusoidal shape, taking into account the distributed capacitance of the overhead power line.

Поставленная задача достигается способом определения места короткого замыкания на воздушной линии электропередачи при несинхронизированных замерах с двух ее концов, имеющей длину l, активное сопротивление R и индуктивность L, соединяющей две питающие системы, в котором измеряют с двух концов линии не синхронизированные по времени фазные токи и напряжения во время короткого замыкания, определяют поврежденные фазы, определяют относительное значение расстояния до места короткого замыкания n и физическое расстояние до места короткого замыкания со стороны конца линии с индексом ' по выражению l' = n·l, измеряют с двух концов линии (' - один конец линии, " - второй конец линии) мгновенные значения фазных токов (i'A, i'B, i'C), (i"A, i"B, i"C) и напряжений (u'A, u'B, u'C), (u"A, u"B, u"C) во время короткого замыкания, получают осциллограммы токов и напряжений, совмещают осциллограммы с двух концов линии по срезу начала короткого замыкания, выбирают на интервале двух-десяти периодов от начала короткого замыкания на осциллограммах тока и напряжения поврежденной фазы мгновенные значения, вычисляют производные от токов по времени di'/dt, di"/dt.The task is achieved by a method for determining the location of a short circuit on an overhead power line with unsynchronized measurements from its two ends, having a length l , active resistance R and inductance L , connecting two supply systems, in which phase currents not synchronized in time are measured from both ends of the line and voltage during a short circuit, determine the damaged phases, determine the relative value of the distance to the place of the short circuit n and the physical distance to the place of the short circuit from the end of the line with the index ' by the expression l ' = n l , measure from both ends of the line (' - one end of the line, "- the second end of the line) instantaneous values of phase currents ( i ' A , i ' B , i ' C ), ( i " A , i " B , i " C ) and voltages ( u ' A , u ' B , u ' C ), ( u " A , u " B , u " C ) during a short circuit, receive oscillograms of currents and voltages, combine the oscillograms from both ends of the line along the cut of the beginning of the short circuit, select in the interval of two to ten periods from the beginning of a short circuit on the oscillograms of the current and voltage of the damaged phase, instantaneous values, calculate the derivatives of the currents with respect to time di '/ dt , di "/ dt .

Согласно предложения при определении места короткого замыкания используют значения поперечной емкости C воздушной линии электропередачи, выбирают на интервале двух-десяти периодов от начала короткого замыкания и формируют массивы из М (m = 1, …, М) последовательных мгновенных значений для каждой из осциллограмм тока и напряжения поврежденной фазы i'(m), i''(m), u'(m), u''(m), определяют первые производные токов по времени для выбранных массивов мгновенных значений di'(m)/dt m , di''(m)/dt m , а также первые и вторые производные напряжений du'(m)/dt m , du''(m)/dt m , d 2 u'(m)/dt 2 m , d 2 u''(m)/dt 2 m , формируют матрицы напряжений U1 и U2, используя активное сопротивление R, индуктивность L и поперечную емкость С линии электропередачи, мгновенные значения массивов токов, напряжений i'(m), i''(m), u'(m), u''(m), а также вычисленные мгновенные значения производных токов и напряжений di'(m)/dt m , di''(m)/dt m , du'(m)/dt m , du''(m)/dt m , d 2 u'(m)/dt 2 m , d 2 u''(m)/dt 2 m согласно выражений:According to the proposal, when determining the location of a short circuit, the values of the transverse capacitance C of the overhead power line are used, they are selected at an interval of two to ten periods from the beginning of the short circuit and arrays are formed from M ( m = 1, ..., M ) consecutive instantaneous values for each of the current oscillograms and faulty phase voltages i '( m ), i ''( m ), u '( m ), u ''( m ), determine the first derivatives of the currents with respect to time for the selected arrays of instantaneous values di '( m )/ dt m , di ''( m )/ dt m , as well as the first and second derivatives of voltages du '( m )/ dt m , du ''( m )/ dt m , d 2 u '( m )/ dt 2 m , d 2 u ''( m )/ dt 2 m , voltage matrices U 1 and U 2 are formed using active resistance R , inductance L and transverse capacitance C of the power line, instantaneous values of arrays of currents, voltages i '( m ), i ''( m ), u '( m ), u ''( m ), as well as the calculated instantaneous values of derivative currents and voltages di '( m )/ dt m , di ''( m )/ dt m , du '( m )/ dt m , du ''( m )/ dt m , d 2 u '( m )/ dt 2 m , d 2 u ''( m )/ dt 2 m according to the expressions:

U1 =, U1 = ,

U2 =, U2 = ,

гдеWhere

U1(m) = R⋅(i'(m) + i''(m)) + L⋅(di'(m)/dt m + di''(m)/dt m ) - RC (du'(m)/dt m + du''(m)/dt m ) -U1( m ) = R ⋅( i '( m ) + i ''( m )) + L ⋅( di '( m )/ dt m + di ''( m )/ dt m ) - RC ( du '( m )/ dt m + du ''( m )/ dt m ) -

- LC (d 2 u'(m)/dt 2 m + d 2 u''(m)/dt 2 m ), - LC ( d 2 u '( m )/ dt 2 m + d 2 u ''( m )/ dt 2 m ),

U2(m) = [u'(m) - u''(m)] + i''(m)⋅R + Ldi''(m)/dt m - RC du''(m)/dt m - LC d 2 u''(m)/dt 2 m ,U2( m ) = [ u '( m ) - u ''( m )] + i ''( m )⋅ R + Ldi ''( m )/ dt m - RC du ''( m ) / dt m - LC d 2 u ''( m )/ dt 2 m ,

определяют относительное значение расстояния до места короткого замыкания n с использованием матриц напряжения U1 и U2 и метода наименьших квадратов по выражению:determine the relative value of the distance to the short circuit n using the voltage matrices U 1 and U 2 and the least squares method by the expression:

n = (U1 Т U1)-1U1 ТU2, n = ( U1 T U1 )- 1U1 TU2 ,

по полученному относительному значению расстояния до места короткого замыкания n определяют расстояние до места короткого замыкания со стороны конца с индексом '.according to the obtained relative value of the distance to the place of the short circuit n, the distance to the place of the short circuit from the side of the end with the index ' is determined.

На фиг. 1 показана однолинейная схема замещения воздушной ЛЭП применительно к расчетному примеру, имеющей длину (l = 50 км) 1, фазные активное сопротивление (R) 2 и индуктивность (L) 3, соединяющей шины 4 и 5 двух систем 6 и 7. На линии показано короткое замыкание 8 за переходным сопротивлением (Z П) 9 на расстоянии (х) 10 от одного конца линии. При возникновении короткого замыкания на линии по ней протекают ток (i') со стороны шины 4 и ток (i") со стороны шины 5. При этом на шинах 4 и 5 измеряют с двух концов линии не синхронизированные по времени мгновенные значения фазных токов (i'A, i'B, i'C), (i"A, i"B, i"C) и напряжений (u'A, u'B, u'C), (u"A, u"B, u"C) в момент короткого замыкания.In FIG. 1 shows a single-line equivalent circuit of an overhead transmission line in relation to the calculation example, having a length ( l = 50 km) 1, phase active resistance ( R ) 2 and inductance ( L ) 3, connecting buses 4 and 5 of two systems 6 and 7. The line shows short circuit 8 behind the contact resistance ( Z P ) 9 at a distance ( x ) 10 from one end of the line. If a short circuit occurs on the line, current ( i ') flows through it from bus 4 and current ( i ") from bus 5. At the same time, on buses 4 and 5, instantaneous values of phase currents (not synchronized in time) are measured from both ends of the line ( i ' A , i ' B , i ' C ), ( i " A , i " B , i " C ) and voltages ( u ' A , u ' B , u ' C ), ( u " A , u " B , u " C ) at the time of the short circuit.

На фиг. 2 показана однолинейная схема замещения воздушной ЛЭП, аналогичная фиг. 1, но учитывающая ее распределенное емкостное сопротивление.In FIG. 2 shows a single-line equivalent circuit of an overhead transmission line, similar to FIG. 1, but taking into account its distributed capacitance.

На фиг. 3 представлены осциллограммы тока искаженные: а) фликером; б) интергармоникой частоты f = 135 Гц.In FIG. 3 shows current waveforms distorted by: a) flicker; b) interharmonic frequency f = 135 Hz.

Фиг. 4 иллюстрирует осциллограммы напряжения, соответствующие дискретным выборочным значениям матриц U1 и U2.Fig. 4 illustrates voltage waveforms corresponding to discrete sample values of the matrices U 1 and U 2.

Способ определения места короткого замыкания на воздушной линии электропередачи при несинхронизированных замерах с двух ее концов реализуется следующим образом.The method for determining the location of a short circuit on an overhead power line with unsynchronized measurements from its two ends is implemented as follows.

Для реализации способа, как в условиях отклонений токов и напряжений от синусоидальной формы, так и в условии отсутствия таких отклонений, измеряют с двух концов линии не синхронизированные по времени мгновенные значения фазных токов (i'A, i'B, i'C), (i''A, i''B, i''C) и напряжений (u'A, u'B, u'C), (u''A, u''B, u''C) в момент короткого замыкания, определяют поврежденные фазы, получают осциллограммы токов и напряжений, совмещают осциллограммы с двух концов линии по срезу начала короткого замыкания, выбирают на интервале двух-десяти периодов от начала короткого замыкания и формируют массивы из М (m = 1, …, М) последовательных мгновенных значений для каждой из осциллограмм тока и напряжения поврежденной фазы i'(m), i''(m), u'(m), u''(m), определяют первые производные токов по времени для выбранных массивов мгновенных значений di'(m)/dt m , di''(m)/dt m , а также первые и вторые производные напряжений du'(m)/dt m , du''(m)/dt m , d 2 u'(m)/dt 2 m , d 2 u''(m)/dt 2 m , формируют матрицы напряжений U1 и U2, используя активное сопротивление R, индуктивность L и поперечную емкость С ЛЭП, мгновенные значения массивов токов, напряжений i'(m), i''(m), u'(m), u''(m), а также вычисленные мгновенные значения производных токов и напряжений di'(m)/dt m , di''(m)/dt m , du'(m)/dt m , du''(m)/dt m , d 2 u'(m)/dt 2 m , d 2 u''(m)/dt 2 m согласно выражений:To implement the method, both under conditions of deviations of currents and voltages from a sinusoidal form, and in the absence of such deviations, instantaneous values of phase currents ( i ' A , i ' B , i ' C ), not synchronized in time, are measured from both ends of the line, ( i '' A , i '' B , i '' C ) and voltages ( u ' A , u ' B , u ' C ), ( u '' A , u '' B , u '' C ) at the moment short circuit, determine the damaged phases, obtain oscillograms of currents and voltages, combine the oscillograms from the two ends of the line along the cut of the beginning of the short circuit, select at the interval of two to ten periods from the beginning of the short circuit and form arrays from M ( m = 1, ..., M ) successive instantaneous values for each of the waveforms of the current and voltage of the damaged phase i '( m ), i ''( m ), u '( m ), u ''( m ), determine the first derivatives of the currents with respect to time for the selected arrays of instantaneous values di '( m )/ dt m , di ''( m )/ dt m , as well as the first and second derivatives of voltages du '( m )/ dt m , du ''( m )/ dt m , d 2 u '( m )/ dt 2 m , d 2 u ''( m )/ dt 2 m , voltage matrices U 1 and U 2 are formed using active resistance R , inductance L and transverse capacitance C of the transmission line, instantaneous values of arrays of currents, voltages i '( m ), i ''( m ), u '( m ), u ''( m ), as well as the calculated instantaneous values of derivatives of currents and voltages di '( m )/ dt m , di ''( m )/ dt m , du '( m )/ dt m , du ''( m )/ dt m , d 2 u '( m )/ dt 2 m , d 2 u ''( m )/ dt 2 m according to the expressions:

U1 =, U1 = ,

U2 =, U2 = ,

гдеWhere

U1(m) = R⋅(i'(m) + i''(m)) + L⋅(di'(m)/dt m + di''(m)/dt m ) - RC (du'(m)/dt m + du''(m)/dt m ) -U1( m ) = R ⋅( i '( m ) + i ''( m )) + L ⋅( di '( m )/ dt m + di ''( m )/ dt m ) - RC ( du '( m )/ dt m + du ''( m )/ dt m ) -

- LC (d 2 u'(m)/dt 2 m + d 2 u''(m)/dt 2 m ), - LC ( d 2 u '( m )/ dt 2 m + d 2 u ''( m )/ dt 2 m ),

U2(m) = [u'(m) - u''(m)] + i''(m)⋅R + Ldi''(m)/dt m - RC du''(m)/dt m - LC d 2 u''(m)/dt 2 m ,U2( m ) = [ u '( m ) - u ''( m )] + i ''( m )⋅ R + Ldi ''( m )/ dt m - RC du ''( m ) / dt m - LC d 2 u ''( m )/ dt 2 m ,

определяют относительное значение расстояния до места короткого замыкания n с использованием матриц напряжения U1 и U2 и метода наименьших квадратов по выражению:determine the relative value of the distance to the short circuit n using the voltage matrices U 1 and U 2 and the least squares method by the expression:

n = (U1 Т U1)-1U1 ТU2, n = ( U1 T U1 )- 1U1 TU2 ,

по полученному относительному значению расстояния до места короткого замыкания n определяют расстояние до места короткого замыкания со стороны конца с индексом '.according to the obtained relative value of the distance to the place of the short circuit n, the distance to the place of the short circuit from the side of the end with the index ' is determined.

Поясним изложенные выше операции обработки сигналов, необходимые для реализации предложенного способа определения места короткого замыкания на воздушной линии электропередачи при несинхронизированных замерах с двух ее концов.Let us explain the above signal processing operations necessary to implement the proposed method for determining the location of a short circuit on an overhead power line with unsynchronized measurements from its two ends.

Введем дискретную переменную времени и сгруппируем составляющие выражения, записав его (2) в виде:We introduce a discrete time variable and group the components of the expression, writing it (2) as:

где m - дискретная переменная, соответствующая моментам времени отсчетов осциллограмм тока и напряжения; m = 1, 2, …, М, где М - число отсчетов составляющих тока (напряжения), выбранных для реализации операций цифровой обработки сигналов способа ОМКЗ ЛЭП.where m is a discrete variable corresponding to the time points of current and voltage oscillogram readings; m = 1, 2, ..., M , where M is the number of readings of the current (voltage) components selected for the implementation of digital signal processing operations of the OMKZ transmission line method.

Обозначим матрицами-столбцами U1 и U2 выражения для различных моментов дискретного времени m, входящие в состав равенства (28):Let us denote by column matrices U1 and U2 the expressions for different moments of discrete time m , which are part of equality (28):

Таким образом, для реализаций выражения (28) в различные моменты времени m справедливо следующее матричное выражениеThus, for the implementations of expression (28) at different times m , the following matrix expression is valid

Для нахождения более точного n, характеризующего место ОМКЗ воздушной ЛЭП при несинхронизированных замерах с двух ее концов в условиях отклонения токов и напряжений от синусоидальной формы, воспользуемся методом наименьших квадратов. При этом используется полный массив из М дискретных реализаций токов и напряжений (выражение (31)), обеспечивающий минимизацию ошибки ОМКЗ в условиях воздействия случайных факторов, в отличие от способа-прототипа, в котором используются лишь отдельные «временные срезы» осциллограмм.To find a more accurate n that characterizes the location of the OMKZ of an overhead power transmission line with unsynchronized measurements from its two ends under conditions of deviation of currents and voltages from a sinusoidal shape, we will use the least squares method. In this case, a complete array of M discrete realizations of currents and voltages (expression (31)) is used, which ensures minimization of the OMCF error under the influence of random factors, in contrast to the prototype method, which uses only individual "time slices" of the oscillograms.

Запишем равенство (31) в видеWe write equality (31) as

где e - вектор-столбец ошибок измерений, связанный с искаженными мгновенными значениями осциллограмм токов и напряжений.where e is a column vector of measurement errors associated with distorted instantaneous values of current and voltage oscillograms.

Задача минимизации ошибок при расчете величины n сводится к минимизации квадрата нормы вектора ошибок e, то есть:The problem of minimizing errors in calculating the value of n is reduced to minimizing the square of the norm of the error vector e , that is:

Преобразуем равенство (33) с использованием подстановки (32):We transform equality (33) using substitution (32):

тогда:Then:

Для отыскания минимума необходимо вычислить частную производную по n уравнения (35) и прировнять ее к нулю:To find the minimum, it is necessary to calculate the partial derivative with respect to n of equation (35) and equate it to zero:

Из последнего соотношения находим искомое значение n согласно выражению:From the last relation, we find the desired value of n according to the expression:

Таким образом, оценка относительного расстояния до места ОМКЗ воздушной ЛЭП при несинхронизированных замерах с двух ее концов в условиях отклонения токов и напряжений от синусоидальной формы с использованием метода наименьших квадратов сводится к нахождению результатов матричного произведения по выражению (37).Thus, the estimation of the relative distance to the place of the OMKZ of an overhead power transmission line with unsynchronized measurements from its two ends under the conditions of deviation of currents and voltages from a sinusoidal form using the least squares method is reduced to finding the results of the matrix product using expression (37).

Проиллюстрируем примером расчет расстояния до места ОМКЗ применительно к рассмотренным выше условиям искажения тока i'(m) фликером (фиг. 3(а)), а также i''(m) интергармоникой частоты f и = 135 Гц с амплитудой I и = 0,15⋅ I'' (фиг. 3(б)).Let us illustrate with an example the calculation of the distance to the OMCF site in relation to the above conditions of current distortion i '( m ) by the flicker (Fig. 3(a)), as well as i ''( m ) by the interharmonic frequency f u = 135 Hz with amplitude I u = 0 ,15⋅ I '' (Fig. 3(b)).

Согласно ранее полученным выражениям (22)-(27), введенной задержке t з матрицы U1 и U2 принимают вид:According to the previously obtained expressions (22)-(27), the introduced delay t from the matrices U1 and U2 take the form:

где:Where:

U1(m) = (I'⋅(1 - krnd(m)) + I'')⋅[Rsin(2π⋅f⋅(t з + mt д))+Lcos(2π⋅f⋅(t з + mt д))] +U1( m ) = ( I '⋅(1 - krnd ( m )) + I '')⋅[ Rsin (2π⋅ f ⋅( t s + mt d ))+ Lcos (2π ⋅ f ⋅( t h + mt d ))] +

+ 0,15⋅I''⋅[Rsin(2π⋅f и⋅(t з + mt д))+Lcos(2π⋅f и⋅(t з + mt д))] - RC (du'(m)/dt m + du и''(m)/dt m ) -+ 0.15⋅ I ''⋅[ Rsin (2π⋅ f and ⋅( t s + mt d ))+ Lcos (2π⋅ f and ⋅( t s + mt d ))] - RC ( du '( m )/ dt m + du and ''( m )/ dt m ) -

- LC (d 2 u'(m)/dt 2 m + d 2 u и''(m)/dt 2 m );- LC ( d 2 u '( m )/ dt 2 m + d 2 u and ''( m )/ dt 2 m );

U2(m) = [(u'(m) - u и''(m))+I''⋅[Rsin(2π⋅f⋅(t з + mt д))+Lcos(2π⋅f⋅(t з + mt д))] +U2( m ) = [( u '( m ) - u and ''( m ))+ I ''⋅[ Rsin (2π⋅ f ⋅( t s + mt d ))+ Lcos ( 2π⋅ f ⋅( t h + mt d ))] +

+ 0,15⋅I''⋅[Rsin(2π⋅f и⋅(t з +mt д))+ Lcos(2π⋅f и⋅(t з +mt д))]] - RC du и"(m)/dt m - LCd 2 u и"(m)/dt 2 m ;+ 0.15⋅ I ''⋅[ Rsin (2π⋅ f and ⋅( t s +mt d ))+ Lcos (2π⋅ f and ⋅( t s +mt d ))] ] - RC du and "( m )/ dt m - LCd 2 u and "( m )/ dt 2 m ;

u'(m) = U + I'⋅(1 - krnd(m))⋅[nRsin(2π⋅f⋅(t з + mt д)) + nLcos(2π⋅f⋅(t з + mt д))]; u '( m ) = U + I '⋅(1 - krnd ( m ))⋅[ nRsin (2π⋅ f ⋅( t h + mt d )) + nLcos ( 2π⋅ f ⋅( t c + mt d ))];

u и''(m) = U + (1 - n)⋅R⋅[I''⋅sin(2π⋅f⋅(t з + mt д)) +0,15⋅I''⋅sin(2π⋅f и⋅(t з + mt д))] + u and ''( m ) = U + (1 - n )⋅ R ⋅[ I ''⋅ sin (2π⋅ f ⋅( t h + mt d )) +0.15⋅ I ''⋅ sin ( 2π⋅ f and ⋅( t h + mt d ))] +

+(1 - n)⋅L⋅[I''⋅sin(2π⋅f⋅(t з + mt д)) + 0,15⋅I''⋅sin(2π⋅f и⋅(t з + mt д))],+(1 - n )⋅ L ⋅[ I ''⋅ sin (2π⋅ f ⋅( t s + mt d )) + 0.15⋅ I ''⋅ sin (2π⋅ f and ⋅( t s + mt d ))],

du'(m)/dt m = (u'(m+1) - u'(m-1))/(2⋅t д), du и''(m)/dt m = (u и''(m+1) - u и''(m-1)) /(2⋅t д), du '( m )/ dt m = ( u '( m +1) - u '( m -1))/(2⋅ t d ), du and ''( m )/ dt m = ( u and '' ( m +1) - u and ''( m -1)) /(2⋅ t d ),

d 2 u'(m)/dt 2 m =(u'(m+1)-2⋅u'(m)+u'(m-1))/(t д)2, d 2 u и''(m)/dt 2 m =(u и''(m+1)-2⋅u и''(m)+u и''(m-1))/(t д)2. d 2 u '( m )/ dt 2 m =( u '( m +1)-2⋅ u '( m )+ u '( m -1))/( t d ) 2 , d 2 u and '' ( m )/ dt 2 m =( u and ''( m +1)-2⋅ u and ''( m )+ u and ''( m -1))/( t d ) 2 .

Численные значения параметров для проведения расчетов представлены в таблице 1,The numerical values of the parameters for the calculations are presented in Table 1,

Удельная поперечная емкостная составляющая C уд ЛЭП 110 кВ (фиг. 2) выбиралась согласно [Панова Е.А., Альбрехт А.Я. Уточненные удельные электрические параметры двухцепных ЛЭП 110 кВ для дистанционного определения места повреждения // Электротехнические системы и комплексы. 2016. №4(33). С.35-40. doi: 10.18503/2311-8318-2016-4(33)-35-40]. Емкость ЛЭП С для проведения расчетов составилаThe specific transverse capacitive component Csp of a 110 kV transmission line (Fig. 2) was selected according to [Panova E.A., Albrecht A.Ya. Refined specific electrical parameters of double-circuit power lines 110 kV for remote determination of the location of damage // Elektrotekhnicheskie sistemy i kompleksy. 2016. No. 4 (33). pp.35-40. doi: 10.18503/2311-8318-2016-4(33)-35-40]. The capacity of the transmission line C for calculations was

На фиг. 4 представлены осциллограммы напряжения, соответствующие дискретным выборочным значениям матриц U1 и U2.In FIG. 4 shows the voltage waveforms corresponding to the discrete sample values of the matrices U 1 and U 2.

Для реализации предлагаемого способа необходимо задать величину переменной М, которая определяет количество дискретных отсчетов токов и напряжений, участвующих в вычислениях по методу наименьших квадратов. Целесообразно выбирать значение М кратным N - числу отсчетов за период промышленной частоты (например, для рассматриваемого примера N = 20), а полный объем выборки последовательных мгновенных значений токов и напряжений, как и в способе-прототипе осуществлять в пределах интервала двух-десяти периодов от начала короткого замыкания для осциллограмм тока и напряжения поврежденной фазы. Выберем значение М = 80, а задержку относительно начала короткого замыкания, как и ранее, установим равной t з = 9⋅t д = 0,0225 с, k = 0,15.To implement the proposed method, it is necessary to set the value of the variable M , which determines the number of discrete readings of currents and voltages involved in the calculations by the least squares method. It is advisable to choose the value of M a multiple of N - the number of readings per period of industrial frequency (for example, for the example under consideration N = 20), and the full sample of consecutive instantaneous values of currents and voltages, as in the prototype method, should be carried out within the interval of two to ten periods from the beginning of a short circuit for the current and voltage waveforms of the damaged phase. We choose the value M = 80, and set the delay relative to the beginning of the short circuit, as before, equal to t s = 9⋅ t d = 0.0225 s, k = 0.15.

Проводились расчеты расстояния до места короткого замыкания в условиях отклонения токов и напряжений от синусоидальной формы с подстановкой значений М, t з, а также значений параметров в выражения (38), (39) в программном комплексе MATCAD. Итоговые результаты вычислений по выражению (37) позволили получить уточненное расстояние до места короткого замыкания:Calculations were made of the distance to the place of a short circuit under conditions of deviation of currents and voltages from a sinusoidal form with the substitution of the values of M , t s , as well as the values of the parameters in expressions (38), (39) in the MATCAD software package. The final results of calculations using expression (37) made it possible to obtain an updated distance to the short circuit point:

n и = (U1 Т U1)-1U1 ТU2 = 0,499. n and = ( U1 T U1 ) - 1U1 TU2 = 0.499.

С учетом ранее выполненных расчетов ошибка ОМКЗ ЛЭП составит:Taking into account the previously performed calculations, the error of the OMKZ PTL will be:

Δx = l⋅(n - n и) = 50⋅(0,5 - 0,499) = -0,05 (км)Δ x = l ⋅( n - n and ) = 50⋅(0.5 - 0.499) = -0.05 (km)

или (при длине ЛЭП l = 50 км) величину -0,05/50 = - 0,1% от длины ЛЭП.or (with the length of the transmission line l = 50 km) the value -0.05/50 = - 0.1% of the length of the transmission line.

Таким образом, предлагаемый способ определения места короткого замыкания на воздушной линии электропередачи при несинхронизированных замерах с двух ее концов обеспечивает высокоточный расчет расстояния до места повреждения воздушной ЛЭП в условиях отклонений токов и напряжений от синусоидальной формы и соответствует требованиям по точности, предъявляемым эксплуатационной практикой.Thus, the proposed method for determining the location of a short circuit on an overhead power line with non-synchronized measurements from its two ends provides a highly accurate calculation of the distance to the fault location of an overhead power line under conditions of current and voltage deviations from a sinusoidal shape and meets the accuracy requirements of operational practice.

Отметим, что предлагаемый способ ОМКЗ ЛЭП может быть реализован на основе применения современных цифровых терминалов релейной защиты, связанных между собой каналом связи для обмена осциллограммами токов и напряжений [например, https://ekra.ru/]. Требованиями к современным цифровым терминалам релейной защиты [ПАО «Федеральная Сетевая Компания Единой Энергетической Системы» СТО 56947007-29.120.70.241-2017 «Технические требования к микропроцессорным устройствам РЗА»] определена обязательность реализации функции определения места повреждения на ЛЭП. Также возможен вариант реализации предлагаемого способа в центрах управления сетями предприятий электрических сетей, поскольку расчет расстояния до места повреждения возложен на оперативно-технологический персонал, в управлении которых находятся воздушные ЛЭП. При этом осуществляется дистанционный сбор осциллограмм аварийных токов и напряжений с регистраторов аварийных событий (терминалов релейной защиты) и последующий расчет расстояния до места повреждения выполняется с помощью средств вычислительной техники.It should be noted that the proposed OMKZ method for power transmission lines can be implemented based on the use of modern digital relay protection terminals interconnected by a communication channel for exchanging current and voltage oscillograms [for example, https://ekra.ru/]. The requirements for modern digital relay protection terminals [Federal Grid Company of the Unified Energy System PJSC STO 56947007-29.120.70.241-2017 "Technical requirements for relay protection microprocessor devices"] determine the mandatory implementation of the function of determining the fault location on power lines. It is also possible to implement the proposed method in the network control centers of electrical network enterprises, since the calculation of the distance to the place of damage is assigned to the operational and technological personnel who manage overhead power lines. At the same time, oscillograms of emergency currents and voltages are collected remotely from the emergency event recorders (relay protection terminals) and the subsequent calculation of the distance to the fault site is performed using computer technology.

Claims (10)

Способ определения места короткого замыкания на воздушной линии электропередачи при несинхронизированных замерах с двух ее концов, имеющей длину l, активное сопротивление R и индуктивность L, соединяющей две питающие системы, в котором измеряют с двух концов линии не синхронизированные по времени фазные токи и напряжения во время короткого замыкания, определяют поврежденные фазы, определяют относительное значение расстояния до места короткого замыкания n и физическое расстояние до места короткого замыкания со стороны конца линии с индексом ' по выражению l' = n·l, измеряют с двух концов линии (' – один конец линии, " – второй конец линии) мгновенные значения фазных токов (i'A, i'B, i'C), (i"A, i"B, i"C) и напряжений (u'A, u'B, u'C), (u"A, u"B, u"C) во время короткого замыкания, получают осциллограммы токов и напряжений, совмещают осциллограммы с двух концов линии по срезу начала короткого замыкания, выбирают на интервале двух-десяти периодов от начала короткого замыкания на осциллограммах тока и напряжения поврежденной фазы мгновенные значения, вычисляют производные от токов по времени di'/dt, di"/dt, отличающийся тем, что при определении места короткого замыкания используют значения поперечной емкости C воздушной линии электропередачи, выбирают на интервале двух-десяти периодов от начала короткого замыкания и формируют массивы из М (m = 1, …, М) последовательных мгновенных значений для каждой из осциллограмм тока и напряжения поврежденной фазы i'(m), i''(m), u'(m), u''(m), определяют первые производные токов по времени для выбранных массивов мгновенных значений di'(m)/dt m , di''(m)/dt m , а также первые и вторые производные напряжений du'(m)/dt m , du''(m)/dt m , d 2 u'(m)/dt 2 m , d 2 u''(m)/dt 2 m , формируют матрицы напряжений U1 и U2, используя активное сопротивление R, индуктивность L и поперечную емкость С линии электропередачи, мгновенные значения массивов токов, напряжений i'(m), i''(m), u'(m), u''(m), а также вычисленные мгновенные значения производных токов и напряжений di'(m)/dt m , di''(m)/dt m , du'(m)/dt m , du''(m)/dt m , d 2 u'(m)/dt 2 m , d 2 u''(m)/dt 2 m согласно выражений:A method for determining the location of a short circuit on an overhead power line during unsynchronized measurements from its two ends, having a length l , active resistance R and inductance L , connecting two supply systems, in which phase currents and voltages not synchronized in time are measured from both ends of the line during short circuit, determine the damaged phases, determine the relative value of the distance to the short circuit n and the physical distance to the short circuit from the end of the line with the index ' by the expression l ' = n l , measure from two ends of the line (' - one end of the line , " - the second end of the line) instantaneous values of phase currents ( i ' A , i ' B , i ' C ), ( i " A , i " B , i " C ) and voltages ( u ' A , u ' B , u ' C ), ( u " A , u " B , u " C ) during a short circuit, receive oscillograms of currents and voltages, combine the oscillograms from both ends of the line along the cut of the beginning of the short circuit, select at an interval of two to ten periods from the beginning of the short short circuits on the oscillograms of the current and voltage of the damaged phase instantaneous values, calculate the derivatives of the currents with respect to time di '/ dt , di "/ dt , characterized in that when determining the location of the short circuit, the values of the transverse capacitance C of the overhead power line are used, are selected in the interval of two - ten periods from the beginning of the short circuit and form arrays of М ( m = 1, …, М ) consecutive instantaneous values for each of the current and voltage waveforms of the damaged phase i '( m ), i ''( m ), u '( m ) , u ''( m ), determine the first derivatives of currents with respect to time for the selected arrays of instantaneous values di '( m )/ dt m , di ''( m )/ dt m , as well as the first and second derivatives of voltages du '( m ) / dt m , du ''( m )/ dt m , d 2 u '( m )/ dt 2 m , d 2 u ''( m )/ dt 2 m , form the stress matrices U 1 and U 2 using active resistance R , inductance L and transverse capacitance C of the power line, instantaneous values of arrays of currents, voltages i '( m ), i ''( m ), u '( m ), u ''( m ), as well as the calculated instantaneous values of derivatives currents and voltages di '( m )/ dt m , di ''( m )/ dt m , du '( m )/ dt m , du ''( m )/ dt m , d 2 u '( m )/ dt 2 m , d 2 u ''( m )/ dt 2 m according to the expressions: U1 = , U1 = , U2 = , U2 = , где Where U1(m) = R∙(i'(m) + i''(m)) + L∙(di'(m)/dt m + di''(m)/dt m ) − RC (du'(m)/dt m + du''(m)/dt m ) –U1( m ) = R ∙( i '( m ) + i ''( m )) + L ∙( di '( m )/ dt m + di ''( m )/ dt m ) − RC ( du '( m )/ dt m + du ''( m )/ dt m ) – LC (d 2 u'(m)/dt 2 m + d 2 u''(m)/dt 2 m ),LC ( d 2 u '( m )/ dt 2 m + d 2 u ''( m )/ dt 2 m ), U2(m) = [u'(m) – u''(m)] + i''(m)∙R + Ldi''(m)/dt m RC du''(m)/dt m LC d 2 u''(m)/dt 2 m ,U2( m ) = [ u '( m ) – u ''( m )] + i ''( m )∙ R + Ldi ''( m )/ dt m RC du ''( m ) / dt m LC d 2 u ''( m )/ dt 2 m , определяют относительное значение расстояния до места короткого замыкания n с использованием матриц напряжения U1 и U2 и метода наименьших квадратов по выражению:determine the relative value of the distance to the short circuit n using the voltage matrices U 1 and U 2 and the least squares method by the expression: n = (U1 Т U1)−1 ∙U1 Т ∙U2, n = ( U1 T U1 ) −1 ∙U1 T ∙U2 , по полученному относительному значению расстояния до места короткого замыкания n определяют расстояние до места короткого замыкания со стороны конца с индексом '.according to the obtained relative value of the distance to the place of the short circuit n, the distance to the place of the short circuit from the side of the end with the index ' is determined.
RU2023108354A 2023-04-04 Method for determining location of a short circuit on an overhead power line with unsynchronized measurements from its two ends RU2801438C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2801438C1 true RU2801438C1 (en) 2023-08-08

Family

ID=

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102081132A (en) * 2010-12-04 2011-06-01 西南交通大学 Two-end distance measuring method of transmission line fault under dynamic condition
CN102116821A (en) * 2010-12-14 2011-07-06 山东省电力学校 Method for positioning transmission line fault based on power frequency phasor
US8183871B2 (en) * 2006-01-12 2012-05-22 Abb Technology Ltd. Method and device for fault location in a two-terminal transmission or distribution power line
RU2508556C1 (en) * 2012-10-24 2014-02-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутский государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "ИрГТУ") Method for determination of short-circuit place on overhead transmission line under nonsynchronised measurements on its both ends
RU2586438C1 (en) * 2015-04-29 2016-06-10 Степан Георгиевич Тигунцев Method of determining location of short circuit at long power line of voltage 220 kv and higher
RU2593409C1 (en) * 2015-07-13 2016-08-10 Степан Георгиевич Тигунцев Method of determining location of short circuit at long power line with spur line
RU2637716C1 (en) * 2016-09-07 2017-12-06 Степан Георгиевич Тигунцев Method for determination of short circuit spot on long power transmission line with adjustment of line characteristic

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8183871B2 (en) * 2006-01-12 2012-05-22 Abb Technology Ltd. Method and device for fault location in a two-terminal transmission or distribution power line
CN102081132A (en) * 2010-12-04 2011-06-01 西南交通大学 Two-end distance measuring method of transmission line fault under dynamic condition
CN102116821A (en) * 2010-12-14 2011-07-06 山东省电力学校 Method for positioning transmission line fault based on power frequency phasor
RU2508556C1 (en) * 2012-10-24 2014-02-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутский государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "ИрГТУ") Method for determination of short-circuit place on overhead transmission line under nonsynchronised measurements on its both ends
RU2586438C1 (en) * 2015-04-29 2016-06-10 Степан Георгиевич Тигунцев Method of determining location of short circuit at long power line of voltage 220 kv and higher
RU2593409C1 (en) * 2015-07-13 2016-08-10 Степан Георгиевич Тигунцев Method of determining location of short circuit at long power line with spur line
RU2637716C1 (en) * 2016-09-07 2017-12-06 Степан Георгиевич Тигунцев Method for determination of short circuit spot on long power transmission line with adjustment of line characteristic

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Shi et al. Identification of short transmission-line parameters from synchrophasor measurements
CN106054023B (en) The method of two sides system impedance is estimated in a kind of transmission line of electricity single end distance measurement
Preston et al. New settings-free fault location algorithm based on synchronised sampling
CN103913715B (en) High-voltage measuring box error testing system and error testing method
WO2019166903A1 (en) Method and device for fault location in a two-terminal transmission system
CN112285634B (en) Method for identifying abnormal measurement error of high-voltage transformer in double-bus structure
CN116930685B (en) Single-end ranging method suitable for single-phase earth fault of power distribution network
JP2023507233A (en) Parameter-independent traveling wave-based fault localization using asynchronous measurements
Puddu et al. PMU-based technique for the estimation of line parameters in three-phase electric distribution grids
Singh et al. Line parameters estimation in presence of uncalibrated instrument transformers
RU2801438C1 (en) Method for determining location of a short circuit on an overhead power line with unsynchronized measurements from its two ends
CN110161375A (en) A kind of HVDC transmission line computation model based on distributed resistance parameter
KR101664010B1 (en) An Estimation Method of Line Parameter based on Synchrophasor Measurements in Power System
CN102608425B (en) Broadband impedance measuring system and broadband impedance measuring method
CN110716168A (en) Method for detecting performance of traveling wave distance measuring device
CN116400285A (en) Initial error metering method for power transformer
EP3971592B1 (en) Fault location determination in a power transmission system
Chen et al. Uncertainty of measurement error in intelligent electronic devices
Ritzmann et al. Improving the accuracy of synchrophasor-based overhead line impedance measurement
RU2793555C1 (en) Method for determining location of a short circuit on an overhead power line with unsynchronized measurements from its two ends
Di Lillo et al. Construction of new shunts for a wideband sampling wattmeter
CN103983828B (en) A kind of Electrical Instrument Transducers with Digital phase compensating method
CN114034979A (en) Alternating current transmission line distance measuring method and system
Trigo et al. On site calibration of current transformers
CN114285162B (en) Metering anomaly analysis method based on low-voltage transformer area acquisition data