RU2816200C1 - Method of determining point of damage on overhead power transmission line when measuring from its two ends - Google Patents

Method of determining point of damage on overhead power transmission line when measuring from its two ends Download PDF

Info

Publication number
RU2816200C1
RU2816200C1 RU2023117984A RU2023117984A RU2816200C1 RU 2816200 C1 RU2816200 C1 RU 2816200C1 RU 2023117984 A RU2023117984 A RU 2023117984A RU 2023117984 A RU2023117984 A RU 2023117984A RU 2816200 C1 RU2816200 C1 RU 2816200C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
overhead power
power line
values
calculated
sections
Prior art date
Application number
RU2023117984A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Леонидович Куликов
Павел Владимирович Илюшин
Александр Александрович Севостьянов
Антон Алексеевич Лоскутов
Анастасия Владимировна Слузова
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 RU2816200C1 publication Critical patent/RU2816200C1/en

Links

Abstract

FIELD: electric power industry.
SUBSTANCE: result is achieved by the fact that at the moment of short circuit voltage on buses, currents of the line are measured, values of their derivatives are calculated, the line is divided into a plurality of sections, for each of which calculated values of quantities and derived parameters are calculated, intervals of change of design parameters within each of the selected sections of the overhead power transmission line are determined. Probability matrices are set, which characterize probabilities of correct and erroneous recognition of damaged sections of overhead power transmission line, performing preliminary simulation or collection of statistical information, based on the results of which the calculated derived parameters of voltages and currents for different sections of the overhead transmission line are formed, computational algorithm is implemented by which the overhead power transmission line damaged point and bypass area are determined, the overhead power transmission line is divided into a plurality of numbered sections within the bypass area, performing a sequential analysis procedure with exclusion of hypotheses, according to the results of sequential analysis, a decision is made on the damaged section of the overhead power transmission line by its number corresponding to the last hypothesis remaining during the sequential analysis.
EFFECT: high accuracy of determining a damaged section of an overhead power transmission line in conditions of deviations of currents and voltages from a sinusoidal shape.
1 cl, 5 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для определения места повреждения (ОМП) на высоковольтных воздушных линиях электропередачи (ВЛЭП) при замерах токов и напряжений с двух ее концов. Целесообразно применение предлагаемого изобретения в системах промышленного электроснабжения в условиях отклонения параметров качества электрической энергии от нормативных значений.The present invention relates to the electric power industry and can be used to determine the location of a fault (LPO) on high-voltage overhead power lines (OHPL) when measuring currents and voltages from its two ends. It is advisable to use the proposed invention in industrial power supply systems in conditions of deviation of the quality parameters of electrical energy from standard values.

Известны двухсторонние способы ОМП ВЛЭП, основанные на использовании мгновенных значений токов и напряжений. Например, 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 XL, 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. Согласно предложению измеряют с двух концов линии (' - один конец линии, ʺ - второй конец линии) мгновенные значения фазных токов (i'A, i'B, i'C), и напряжений (u'A, u'B, u'C), (uʺB, uʺC) 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 и напряжений u', uʺ в сечении и в соседних точках, вычисляют производные от токов по времени di'/dt, diʺ/dt, определяют относительное значение расстояния до места короткого замыкания по выражению (1):There are known two-way methods of OMP of overhead power lines, based on the use of instantaneous values of currents and voltages. For example, 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. 02/27/2014, Bulletin. No. 6], having a length l, active R and inductive reactance X L , connecting two supply systems, in which phase currents and voltages that are not synchronized in time during a short circuit are measured from both ends of the line, the damaged phases are determined, the relative value of the distance to short circuit location n and the physical distance to the short circuit location from the end of the line with the index ' according to the expression l'=n⋅l. According to the proposal, instantaneous values of phase currents (i' A , i' B , i' C ) and voltages (u' A , u' B , u ' C ), (uʺ B , uʺ C ) during a short circuit, obtain oscillograms of currents and voltages, combine the oscillograms from the two ends of the line along the cross-section of the beginning of the short circuit, select a cross-section on the current oscillograms at an interval of two to ten periods from the beginning of the short circuit and voltage of the damaged phase, take the instantaneous values of currents and voltages u', uʺ in the section and at neighboring points, calculate the time derivatives of the currents di'/dt, diʺ/dt, determine the relative value of the distance to the short circuit using expression (1):

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

Недостатком такой группы способов ОМП ВЛЭП и способа-аналога, в частности, является неоднозначность принятия решения относительно места повреждения по временным срезам осциллограмм токов и напряжений, выполненным на разных интервалах времени. Особенно явно такая неоднозначность проявляется при использовании осциллограмм в условиях отклонения параметров качества электрической энергии, а также изменяющегося во времени сопротивления в месте повреждения.The disadvantage of this group of OMT methods for overhead power lines and the analogue method, in particular, is the ambiguity of making a decision regarding the location of the damage based on time slices of current and voltage oscillograms performed at different time intervals. This ambiguity is especially evident when using oscillograms under conditions of deviations in the quality parameters of electrical energy, as well as time-varying resistance at the site of damage.

Известны двухсторонние способы ОМП ВЛЭП, основанные на использовании комплексных амплитуд токов и напряжений. Например, 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 ВЛЭП. В этом способе не используют эквивалентные параметры питающих систем, устранено влияние переходного сопротивления.There are known two-way methods of OMF of overhead power lines, based on the use of complex amplitudes of currents and voltages. For example, a method for determining the location of damage on overhead power lines [RF Patent No. 2526095, IPC G01R 31/08, publ. 08/20/2014, Bulletin. No. 23], in which phase voltages and currents are measured from both ends of the line, converted into calculated complex values using the proposed expressions and, using the imaginary parts of the calculated values, the relative and physical distances of the fault location from the ends of the overhead power line are calculated. In this method, equivalent parameters of power supply systems are not used, and the influence of transient resistance is eliminated.

Недостатком такой группы способов ОМП ВЛЭП и способа-аналога, в частности, является неоднозначность принятия решения относительно места повреждения при нарушении пространственной (с двух разных концов ВЛЭП) когерентности сигналов токов и напряжений [Куликов А.Л., Илюшин П.В., Севостьянов А.А. О необходимости учета пространственной когерентности при совместной цифровой обработке пространственно-разнесенных сигналов токов и напряжений в электрических сетях//Известия Российской академии наук. Энергетика. 2022. №3. С.49-62]. Нарушения пространственной когерентности могут проявляться, например, из-за отклонений параметров качества электрической энергии от нормативных значений. Важно отметить, что ОМП ВЛЭП может реализоваться в этом случае с использованием комплексных амплитуд токов и напряжений, полученных с применением алгоритмов фильтрации, например, дискретного преобразования Фурье (ДПФ). Однако, фильтрация в подавляющем большинстве случаев (например, при наличии интергармоник) не позволяет в полной мере устранить изменяющиеся во времени ошибки оценки параметров токов и напряжений, а также ОМП ВЛЭП.The disadvantage of this group of methods for the use of overhead power lines and the analogue method, in particular, is the ambiguity of decision-making regarding the location of damage when the spatial (from two different ends of the overhead power line) coherence of current and voltage signals is violated [Kulikov A.L., Ilyushin P.V., Sevostyanov A.A. On the need to take into account spatial coherence in joint digital processing of spatially separated current and voltage signals in electrical networks // News of the Russian Academy of Sciences. Energy. 2022. No. 3. P.49-62]. Violations of spatial coherence can manifest themselves, for example, due to deviations of electrical energy quality parameters from standard values. It is important to note that the OMF of the overhead power line can be implemented in this case using complex amplitudes of currents and voltages obtained using filtering algorithms, for example, the discrete Fourier transform (DFT). However, filtering in the vast majority of cases (for example, in the presence of interharmonics) does not completely eliminate time-varying errors in the estimation of current and voltage parameters, as well as the OMF of overhead power lines.

Дополнительным недостатком указанного способа-аналога является необходимость использования только мнимых составляющих расчетных величин. Указанный недостаток может приводить к погрешности в определении места повреждения из-за неполного объема учитываемых параметров, в частности, из-за отсутствия учета распределенного емкостного сопротивления ВЛЭП.An additional disadvantage of this analogue method is the need to use only imaginary components of the calculated values. This drawback can lead to an error in determining the location of the fault due to the incomplete volume of parameters taken into account, in particular, due to the lack of consideration of the distributed capacitance of the overhead power line.

Наиболее близким техническим решением к предполагаемому изобретению является способ определения места короткого замыкания контактной сети электрифицированного транспорта [Патент РФ №2566458, МПК В60М 01/00, G01R 31/08, опубл. 27.10.2015 Бюл. №30], при котором в момент короткого замыкания измеряют на одной или смежных тяговых подстанциях напряжение на шинах, токи линий, питающих контактные сети путей межподстанционной зоны с коротким замыканием, и фазовые углы токов, вычисляют значения производных параметров, зависящих от измеренных величин и схемы питания, и судят о месте повреждения путем реализации вычислительного алгоритма, определяющего зависимость между расстоянием до места повреждения от измеренных и вычисленных производных параметров. Согласно предложения схему питания контактной сети в данной межподстанционной зоне между двумя смежными тяговыми подстанциями условно разделяют по длине пути на множество участков, для каждого из которых при расчетных коротких замыканиях в его начале и конце вычисляют расчетные значения величин и производных параметров, аналогичных тем, которые определены по результатам измерений при коротком замыкании, при разных заданных значениях переходного сопротивления в месте короткого замыкания, определяют интервалы изменения всех расчетных параметров в пределах каждого из выделенных участков пути, вносят эти интервалы в базу данных, производят сравнение измеренных величин и производных параметров с интервалами расчетных параметров аналогичных величин из базы данных для каждого из выделенных участков пути и в качестве места короткого замыкания принимают тот участок, для которого число измеренных величин и производных параметров, попавших внутрь интервалов аналогичных расчетных величин, является наибольшим.The closest technical solution to the proposed invention is a method for determining the location of a short circuit in the contact network of electrified transport [RF Patent No. 2566458, IPC V60M 01/00, G01R 31/08, publ. 10/27/2015 Bulletin. No. 30], in which, at the moment of a short circuit, the voltage on the buses, the currents of the lines feeding the contact networks of the paths of the intersubstation zone with a short circuit, and the phase angles of the currents are measured at one or adjacent traction substations, the values of the derived parameters depending on the measured values and the circuit are calculated power supply, and judge the location of the damage by implementing a computational algorithm that determines the relationship between the distance to the location of the damage on the measured and calculated derivative parameters. According to the proposal, the power supply circuit of the contact network in a given inter-substation zone between two adjacent traction substations is conditionally divided along the length of the path into many sections, for each of which, with calculated short circuits at its beginning and end, the calculated values of quantities and derived parameters similar to those defined Based on the results of measurements during a short circuit, at different specified values of the transition resistance at the point of the short circuit, the intervals of change of all calculated parameters within each of the selected sections of the path are determined, these intervals are entered into the database, the measured values and derived parameters are compared with the intervals of the calculated parameters similar values from the database for each of the selected sections of the track and the section for which the number of measured values and derived parameters falling within the intervals of similar calculated values is the largest is taken as the location of the short circuit.

Недостатком способа-прототипа является неоднозначность принятия решения относительно поврежденного участка, когда число измеренных величин и производных параметров, попавших внутрь интервалов, соответствующих выделенным разным участкам пути, является одинаковым. Причем, число таких участком может быть больше двух, а сами участки могут быть не смежными.The disadvantage of the prototype method is the ambiguity of decision-making regarding the damaged section, when the number of measured values and derived parameters falling inside the intervals corresponding to the selected different sections of the path is the same. Moreover, the number of such plots may be more than two, and the plots themselves may not be adjacent.

Особенно явно такая неоднозначность может проявляться при реализации способа-прототипа в условиях отклонения параметров качества электрической энергии, а также изменяющегося во времени сопротивления в месте повреждения.This ambiguity can be especially obvious when implementing the prototype method under conditions of deviations in the quality parameters of electrical energy, as well as time-varying resistance at the site of damage.

Рассмотрим реализацию процедуры ОМП на примере воздушной ВЛЭП напряжением 110 кВ длиной l=50 км с двухсторонним питанием (фиг. 1).Let's consider the implementation of the WMD procedure using the example of an overhead power transmission line with a voltage of 110 kV, length l=50 km, with two-way power supply (Fig. 1).

На фиг. 1 показана схема замещения ВЛЭП ПО кВ применительно к расчетному примеру, имеющей длину (l) 1, фазное активное сопротивление (R) 2 и индуктивность (L) 3, соединяющей шины 4 и 5 двух систем 6 и 7. На ВЛЭП показано короткое замыкание 8 за переходным сопротивлением (ZП) 9 на расстоянии (х=п⋅l) 10 от одного конца ВЛЭП. При возникновении короткого замыкания на ВЛЭП по ней протекают ток (i') со стороны шины 4 и ток (iʺ) со стороны шины 5. При этом на шинах 4 и 5 измеряют с двух концов ВЛЭП не синхронизированные по времени мгновенные значения фазных токов (i'A, i'B, i'C), (iʺA, iʺB, iʺC) и напряжений (u'A, u'B, u'C), (uʺA, uʺB, uʺC) в момент короткого замыкания.In fig. Figure 1 shows the equivalent circuit of a kV overhead power line in relation to a design example, having a length (l) 1, phase active resistance (R) 2 and inductance (L) 3, connecting buses 4 and 5 of two systems 6 and 7. A short circuit is shown on the overhead power line 8 behind the transition resistance (Z P ) 9 at a distance (x=p⋅l) 10 from one end of the overhead power line. When a short circuit occurs on the overhead power line, current (i') flows through it from bus 4 and current (iʺ) from bus 5. In this case, on buses 4 and 5, non-time-synchronized instantaneous values of phase currents (i ' A , i' B , i' C ), (iʺ A , iʺ B , iʺ C ) and voltages (u' A , u' B , u' C ), (uʺ A , uʺ B , uʺ C ) at the moment short circuit.

Относительное расстояние до места повреждения n определим в соответствии с соотношением (1) способа-аналога:The relative distance to the place of damage n will be determined in accordance with relation (1) of the analogue method:

Такой метод ОМП ВЛЭП обладает достаточно малыми ошибками расчета расстояния до повреждения в условиях короткого замыкания (КЗ) и неискаженных (синусоидальных) токов и напряжений осциллограмм аварийного события [Патент РФ №2508556, МПК G01R 31/08, опубл. 27.02.2014, Бюл. №6].This method of OMP OHL has fairly small errors in calculating the distance to damage under short circuit (SC) conditions and undistorted (sinusoidal) currents and voltages of oscillograms of an emergency event [RF Patent No. 2508556, IPC G01R 31/08, publ. 02/27/2014, Bulletin. No. 6].

Предположим, что, например, со стороны системы-1 (фиг. 1) дискретные мгновенные значения тока f(m) искажены фликером [ГОСТ 32144-2013. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. - Введ. 2014.07.01. - М.: Стандартинформ, 2013. - 10 с]. Искаженный сигнал тока i'm) иллюстрирует фиг. 2(a).Let us assume that, for example, from the side of system-1 (Fig. 1) discrete instantaneous current values f(m) are distorted by flicker [GOST 32144-2013. Electric Energy. Electromagnetic compatibility of technical equipment. Standards for the quality of electrical energy in general-purpose power supply systems. - Enter. 2014.07.01. - M.: Standartinform, 2013. - 10 p.]. The distorted current signal i'm) is illustrated in FIG. 2(a).

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 iʺ(m) искажены интергармоникой частоты ƒи=135 Гц с амплитудой Iи=0,15⋅lʺ и нулевой начальной фазой фиг. 2(6).Let us assume that on the side of system-2 (Fig. 1) there is a nonlinear load that emits, for example, interharmonics into the electrical network. To simplify the example, we assume that the instantaneous current values iʺ(m) are distorted by the interharmonic frequency ƒ and =135 Hz with amplitude I and =0.15⋅lʺ and zero initial phase Fig. 2(6).

Таким образом, расчетное выражение для места повреждения в присутствии фликера и интергармоники частоты ƒи=135 Гц соответствует равенству:Thus, the calculated expression for the fault location in the presence of flicker and interharmonic frequency ƒ and =135 Hz corresponds to the equality:

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; U - напряжение в месте повреждения.where k is a number (constant coefficient) characterizing the “depth of distortion” of the flicker; rnd{m) is a random number (for example, distributed according to a uniform law in the interval [0; 1], generated at each discrete time value m; U is the voltage at the damage site.

Постановка численных значений в соответствии с таблицей 1 и выражением (3) приводит к следующим результатам:Setting numerical values in accordance with Table 1 and expression (3) leads to the following results:

- при m=20; nи(20)=0,486; Δх=l(n-nи)=50⋅(0,5-0,486)=0,7 (км);- at m=20; n and (20)=0.486; Δх=l(nn and )=50⋅(0.5-0.486)=0.7 (km);

- при m=60; nи(60)=0,526; Δх=l⋅(n-nи)=50⋅(0,5-0,526)=-1,30 (км).- at m=60; n and (60)=0.526; Δх=l⋅(nn and )=50⋅(0.5-0.526)=-1.30 (km).

Анализ полученных результатов расчетов показывает, что ошибки ОМП ВЛЭП могут иметь как положительный, так и отрицательный знак, а также распределены неравномерно относительно использования различных моментов времени.An analysis of the obtained calculation results shows that the errors of the overhead power transmission line can have both a positive and a negative sign, and are also distributed unevenly relative to the use of different points in time.

Поскольку длина ВЛЭП составляет l=50 км, поэтому зона обхода для принятого места повреждения lКЗ составляет ±10% длины ВЛЭП [ПАО «ФСК ЕЭС» Стандарт организации: СТО 56947007-29.240.55.159-2013 «Типовая инструкция по организации работ для определения мест повреждений воздушных линий электропередачи напряжением 110 кВ и выше», дата введения: 28.11.2013] или Δl=±50⋅0,1=±5 (км) относительно места повреждения.Since the length of the overhead power line is l=50 km, therefore the bypass zone for the accepted fault location l short circuit is ±10% of the length of the overhead power line [PJSC FGC UES Organization standard: STO 56947007-29.240.55.159-2013 “Standard instructions for organizing work to determine locations damage to overhead power lines with a voltage of 110 kV and higher”, date of introduction: November 28, 2013] or Δl=±50⋅0.1=±5 (km) relative to the location of the damage.

Учитывая нормальный закон распределения ошибок ОМП ВЛЭП и правило трех сигм [Венцель Е.С. Теория вероятностей: учеб. для вузов. - 5-е изд. стер. М.: Высш. шк., 1998. - 576 с.], можно принять, что стандартное отклонение (среднеквадратическое отклонение) нормального закона распределения ошибок ОМП ВЛЭП составляет σ≈(2⋅Δl)/6=10/6=1,67 (км).Taking into account the normal distribution law of errors in the overhead power transmission line and the three-sigma rule [Ventzel E.S. Probability theory: textbook. for universities. - 5th ed. erased M.: Higher. school, 1998. - 576 p.], we can assume that the standard deviation (standard deviation) of the normal law of distribution of errors in the overhead power transmission line is σ≈(2⋅Δl)/6=10/6=1.67 (km).

Поясним особенности реализации процедуры распознавания поврежденного участка при ОМП ЛЭП.Let us explain the features of the implementation of the procedure for recognizing a damaged area in case of a power line accident.

Сформулируем задачу ОМП, как задачу классификации, состоящую в установлении факта принадлежности повреждения к одному из участков в пределах зоны обхода ВЛЭП. Ввиду влияния случайных факторов процесс принятия решения при распознавании имеет стохастический характер и предполагает обработку аварийных осциллограмм токов и напряжений, зафиксированных на ограниченном временном интервале. При этом вектор х={х1, х2, …} параметров токов и напряжений в общем случае является случайным [Папков Б.В. Надежность и эффективность современного электроснабжения: монография/Б.В. Папков, П.В. Илюшин, А.Л. Куликов. - Нижний Новгород: Научно-издательский центр «XXI век», 2021. 160 с.], поскольку может включать искажающие составляющие, например, связанные с отклонениями показателей качества электрической энергии от нормативных значений [ГОСТ 32144-2013. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. Введ. 2014.07.01. М.: Стандартинформ, 2013. 10 с.]. За компонентами вектора х производятся последовательные наблюдения, а задача последовательного распознавания поврежденного i-го участка ВЛЭП (i=1, …, М) сводится к принятию решения о принадлежности повреждения к одному из k участков (k=1, … М) на основе наблюдения вектора х, или вынесения решения о продолжении наблюдений [Фу К. Последовательные методы в распознавании образов и обучении машин/Перевод с англ. Э.Ф. Зайцева, под ред. Л.А. Мееровича и Я.3. Цыпкина. М.: Наука, 1971. 255 с.].Let us formulate the OMP problem as a classification problem, consisting in establishing the fact that the damage belongs to one of the sections within the bypass zone of the overhead power line. Due to the influence of random factors, the decision-making process during recognition is stochastic in nature and involves processing emergency oscillograms of currents and voltages recorded over a limited time interval. In this case, the vector x = {x 1 , x 2 , ...} of current and voltage parameters in the general case is random [Papkov B.V. Reliability and efficiency of modern power supply: monograph / B.V. Papkov, P.V. Ilyushin, A.L. Kulikov. - Nizhny Novgorod: Scientific Publishing Center “XXI Century”, 2021. 160 p.], since it may include distorting components, for example, associated with deviations of electrical energy quality indicators from standard values [GOST 32144-2013. Electric Energy. Electromagnetic compatibility of technical equipment. Standards for the quality of electrical energy in general-purpose power supply systems. Enter 2014.07.01. M.: Standartinform, 2013. 10 p.]. The components of the vector x are sequentially observed, and the task of sequential recognition of the damaged i-th section of the overhead power line (i=1, ..., M) is reduced to making a decision about whether the damage belongs to one of the k sections (k=1, ... M) based on the observation vector x, or making a decision to continue observations [Fu K. Sequential methods in pattern recognition and machine learning/Translation from English. E.F. Zaitsev, ed. L.A. Meerovich and Ya.3. Tsypkina. M.: Nauka, 1971. 255 p.].

Для формирования рационального решающего правила при ОМП ВЛЭП необходимо проанализировать показатели эффективности последовательной процедуры распознавания поврежденного участка. К наиболее общим вероятностным показателям эффективности применения процедуры последовательного анализа относится матрица условных вероятностей для М - гипотез, каждая из которых соответствует своему поврежденному участку в пределах зоны обхода ВЛЭП:In order to formulate a rational decision rule in case of damage to overhead power lines, it is necessary to analyze the performance indicators of the sequential procedure for recognizing the damaged area. The most general probabilistic indicators of the effectiveness of applying the sequential analysis procedure include the matrix of conditional probabilities for M - hypotheses, each of which corresponds to its own damaged area within the bypass zone of the overhead power line:

где i, k=1, …, М; P(k⎜i)=Pi(k)=Pik - условная вероятность принятия решения о номере к поврежденного участка на ВЛЭП при условии принадлежности повреждения к участку i.where i, k=1, …, M; P(k⎜i)=P i (k)=Pik - conditional probability of making a decision on the number k of the damaged section on the overhead power line, provided that the damage belongs to section i.

Один из вариантов организации многогипотезного последовательного анализа был предложен Ридом [Фу К. Последовательные методы в распознавании образов и обучении машин/Перевод с англ. Э.Ф. Зайцева, под ред. Л.А. Мееровича и Я.3. Цыпкина. - М.: Наука, 1971. -255 с.]. Пусть х1, х2 … есть последовательность переменных, а рm1, х2 … ⎜Нi)=pm(x⎜Hi) - совместная плотность вероятности x1, х2 … при условии, что верна гипотеза Hi.One of the options for organizing multi-hypothesis sequential analysis was proposed by Reed [Fu K. Sequential methods in pattern recognition and machine learning/Translation from English. E.F. Zaitsev, ed. L.A. Meerovich and Ya.3. Tsypkina. - M.: Nauka, 1971. -255 p.]. Let x 1 , x 2 ... be a sequence of variables, and p m (x 1 , x 2 ... ⎜H i )=p m (x⎜H i ) - the joint probability density of x 1 , x 2 ... provided that the hypothesis is true Hi .

Алгоритм принятия решения Рида основывается на формировании на каждом шаге m обобщенного отношения правдоподобия:Reed's decision-making algorithm is based on the formation of a generalized likelihood ratio at each step m:

При организации ОМП ВЛЭП последовательно исключают из анализа те участки ВЛЭП, которые наименее подходят зафиксированному набору параметров осциллограмм аварийных событий. В ходе процедуры последовательного анализа производится расчет решающей статистики λm(x⎜Hi), которая сравнивается с пороговым (уставочным) значением λпор m(х⎜Нi) останавливающей границы и соответствующим i-ому участку ВЛЭП. Таким образом, если λm(xH⎜Hj)<λпор m(х⎜Нj), (j=1, …, М), то принимается решение о продолжении наблюдения, а j-ый участок ВЛЭП исключается из последующего анализа при ОМП ВЛЭП. Процедура выявления поврежденного участка продолжается до тех пор, пока не останется последний наиболее вероятный участок ВЛЭП, который и считается поврежденным.When organizing OMP of overhead power lines, those sections of overhead power lines that are least suitable for the recorded set of parameters of oscillograms of emergency events are consistently excluded from the analysis. During the sequential analysis procedure, the decisive statistics λ m (x⎜H i ) are calculated, which is compared with the threshold (set) value λ pores m (x⎜H i ) of the stopping boundary and the corresponding i-th section of the overhead power line. Thus, if λ m (xH⎜H j )<λ por m (x⎜H j ), (j=1, ..., M), then a decision is made to continue observation, and the j-th section of the overhead power line is excluded from subsequent analysis with OMF of overhead power lines. The procedure for identifying a damaged section continues until the last most probable section of the overhead power line remains, which is considered damaged.

В процессе выполнения последовательной процедуры производится расчет останавливающих границ для каждого из анализируемых участков ВЛЭП, исходя из задаваемых вероятностных показателей качества классификации поврежденного участка. Согласно [Фу К. Последовательные методы в распознавании образов и обучении машин / Перевод с англ. Э.Ф. Зайцева, под ред. Л.А. Мееровича и Я.3. Цыпкина. - М.: Наука, 1971. - 255 с] останавливающая граница определяется равенством:In the process of performing a sequential procedure, stopping boundaries are calculated for each of the analyzed sections of overhead power lines, based on the specified probabilistic indicators of the quality of classification of the damaged section. According to [Fu K. Sequential methods in pattern recognition and machine learning / Translation from English. E.F. Zaitsev, ed. L.A. Meerovich and Ya.3. Tsypkina. - M.: Nauka, 1971. - 255 s] the stopping limit is determined by the equality:

где Pik - вероятность принятия гипотезы Hi, когда действительна Hk.where P ik is the probability of accepting the hypothesis H i when H k is valid.

При выполнении условия об исключении из последующего рассмотрения одного из участков ВЛЭП, общее число анализируемых участков сокращается и становится равным (М - 1). В дальнейшем пересчитываются останавливающие границы, и процедура многогипотезного последовательного анализа повторяется до тех пор, пока не останется единственный, наиболее вероятный поврежденный участок ВЛЭП.When the condition of excluding one of the overhead power line sections from subsequent consideration is met, the total number of analyzed sections is reduced and becomes equal to (M - 1). Subsequently, the stopping boundaries are recalculated, and the multi-hypothesis sequential analysis procedure is repeated until the only, most likely damaged section of the overhead power line remains.

Задача изобретения состоит в обеспечении однозначности принятия решения относительно поврежденного участка ВЛЭП двухсторонним способом ОМП в условиях отклонений токов и напряжений от синусоидальной формы.The objective of the invention is to ensure unambiguous decision-making regarding a damaged section of an overhead power line using a two-way OMP method in conditions of deviations of currents and voltages from a sinusoidal shape.

Поставленная задача достигается способом определения места повреждения на воздушной линии электропередачи при замерах с двух ее концов, при котором в момент короткого замыкания измеряют подстанциях напряжение на шинах, токи линии, вычисляют значения их производных параметров, зависящих от измеренных величин и схемы питания, судят о месте повреждения путем реализации вычислительного алгоритма, определяющего зависимость между расстоянием до места повреждения от измеренных и вычисленных производных параметров, разделяют линию на множество участков, для каждого из которых вычисляют расчетные значения величин и производных параметров, определяют интервалы изменения расчетных параметров в пределах каждого из выделенных участков воздушной линии электропередачи.The task is achieved by determining the location of a fault on an overhead power line by taking measurements from its two ends, in which, at the moment of a short circuit, the bus voltage and line currents are measured at substations, the values of their derived parameters are calculated, depending on the measured values and the power supply circuit, and the location is judged damage by implementing a computational algorithm that determines the relationship between the distance to the place of damage from the measured and calculated derivative parameters, the line is divided into many sections, for each of which the calculated values of quantities and derivative parameters are calculated, the intervals of change in the calculated parameters are determined within each of the selected sections of the air power lines.

Согласно предложения реализуют способ определения места повреждения с последовательным распознаванием и исключением гипотез относительно поврежденного участка воздушной линии электропередачи, задают матрицы вероятностей, характеризующие вероятности правильного и ошибочного распознавания поврежденных участков воздушной линии электропередачи, производят предварительное имитационное моделирование или сбор статистической информации, по результатам которого формируют законы распределения вероятностей вычисляемых производных параметров напряжений и токов для различных участков воздушной линии электропередачи, реализуют вычислительный алгоритм по которому определяют место повреждения и зону обхода воздушной линии электропередачи, разделяют воздушную линию электропередачи на множество пронумерованных участков в пределах зоны обхода, на основе полученных законов распределения вероятностей производных параметров, напряжений и токов, а также матриц вероятностей, характеризующих вероятности правильного и ошибочного распознавания поврежденных участков воздушной линии электропередачи, выполняют процедуру последовательного анализа с исключением гипотез, по результатам последовательного анализа принимают решение о поврежденном участке воздушной линии электропередачи по его номеру, соответствующему последней гипотезе, оставшейся в ходе последовательного анализа.According to the proposal, they implement a method for determining the location of a fault with sequential recognition and exclusion of hypotheses regarding the damaged section of an overhead power line, set probability matrices characterizing the probabilities of correct and erroneous recognition of damaged sections of an overhead power line, carry out preliminary simulation modeling or collect statistical information, based on the results of which laws are formed probability distributions of the calculated derivative parameters of voltages and currents for various sections of the overhead power line, implement a computational algorithm by which they determine the location of the damage and the bypass zone of the overhead power line, divide the overhead power line into many numbered sections within the bypass zone, based on the obtained laws of probability distribution of derivatives parameters, voltages and currents, as well as probability matrices characterizing the probabilities of correct and erroneous recognition of damaged sections of an overhead power line, perform a sequential analysis procedure with the exclusion of hypotheses, based on the results of the sequential analysis, a decision is made about the damaged section of an overhead power line by its number corresponding to the last hypothesis , remaining during the sequential analysis.

На фиг. 1 показана однолинейная схема замещения воздушной ЛЭП применительно к расчетному примеру, имеющей длину (l=50 км) 1, фазное активное сопротивление (R) 2 и индуктивность (L) 3, соединяющей шины 4 и 5 двух систем 6 и 7. На ВЛЭП показано короткое замыкание 8 за переходным сопротивлением (ZП) 9 на расстоянии (х) 10 от одного конца ВЛЭП. При возникновении короткого замыкания на ВЛЭП по ней протекают ток (i') со стороны шины 4 и ток (iʺ) со стороны шины 5. При этом на шинах 4 и 5 измеряют с двух концов ВЛЭП не синхронизированные по времени мгновенные значения фазных токов (i'A, i'B, i'C), (iʺA, iʺB, iʺC) и напряжений (u'A, u'B, u'C), (uʺA, uʺB, uʺC) в момент короткого замыкания.In fig. Figure 1 shows a single-line equivalent circuit of an overhead power line in relation to a design 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 overhead power line shows short circuit 8 behind the transition resistance (Z P ) 9 at a distance (x) 10 from one end of the overhead power line. When a short circuit occurs on the overhead power line, current (i') flows through it from bus 4 and current (iʺ) from bus 5. In this case, on buses 4 and 5, non-time-synchronized instantaneous values of phase currents (i ' A , i' B , i' C ), (iʺ A , iʺ B , iʺ C ) and voltages (u' A , u' B , u' C ), (uʺ A , uʺ B , uʺ C ) at the moment short circuit.

На фиг. 2 представлены осциллограммы тока искаженные: а) фликером; б) интергармоникой частоты ƒ=135 Гц.In fig. Figure 2 shows current oscillograms distorted by: a) flicker; b) interharmonic frequency ƒ=135 Hz.

На фиг. 3 изображена структурная схема устройства, реализующего способ определения места повреждения на воздушной линии электропередачи при замерах с двух ее концов.In fig. Figure 3 shows a block diagram of a device that implements a method for determining the location of a fault on an overhead power line when taking measurements from its two ends.

Фиг. 4 характеризует распределение вероятностей гипотез pm(lкз⎜Hi) при принятии решения относительно поврежденного участка ВЛЭП.Fig. 4 characterizes the probability distribution of hypotheses p m (l kz ⎜H i ) when making a decision regarding the damaged section of the overhead power line.

Фиг. 5 иллюстрирует процесс принятия решения при последовательном анализе в устройстве фиг. 3.Fig. 5 illustrates the decision process of sequential analysis in the apparatus of FIG. 3.

Устройство (фиг. 3), реализующее способ определения места повреждения на воздушной линии электропередачи при замерах с двух ее концов, включает: блок 1 обработки осциллограмм и оценки параметров токов и напряжений; блок 2 памяти; блоки 31 … 3M расчета отношения правдоподобия; схемы сравнения 41 … 4м; блок 5 анализа; блок 6 расчета пороговых (уставочных) значений. Вход блока 1 обработки осциллограмм и оценки параметров токов и напряжений является входом устройства (фиг. 3), а выход устройства соединен с выходом блока 5 анализа.The device (Fig. 3), which implements a method for determining the location of a fault on an overhead power line when taking measurements from its two ends, includes: block 1 for processing oscillograms and estimating current and voltage parameters; memory block 2; blocks 3 1 ... 3 M likelihood ratio calculation; comparison schemes 4 1 ... 4 m ; block 5 analysis; block 6 for calculating threshold (set) values. The input of block 1 for processing oscillograms and estimating current and voltage parameters is the input of the device (Fig. 3), and the output of the device is connected to the output of analysis block 5.

Способ определения места повреждения на воздушной линии электропередачи при замерах с двух ее концов реализуется следующим образом.The method for determining the location of a fault on an overhead power line when taking measurements from its two ends is implemented as follows.

Перед началом функционирования устройства производится имитационное моделирование для получения статистических характеристик, необходимых для реализации последовательного анализа и связанных с различными случайными факторами, влияющими на ошибки расчета расстояния при ОМП ВЛЭП. Целью имитационного моделирования является получение зависимостей pm(x⎜Hi), причем последние формируются для разного количества и сочетания гипотез М. Вероятностные распределения pm(x⎜Hi) могут определяться также на основе статистических эксплуатационных данных с учетом ошибок, выявленных линейными бригадами при обходах ВЛЭП, или определяться из нормативных значений, по которым задается зона обхода ВЛЭП (усредненные значения для ВЛЭП различной длины и класса напряжения). Вычисления с использованием pm(x⎜Hi) для различных значений М реализуются в блоках 31 … 3M и необходимы ввиду того, что алгоритм Рида предполагает последовательное исключение гипотез для принятия окончательного решения о поврежденном участке ВЛЭП.Before the device starts operating, simulation modeling is carried out to obtain the statistical characteristics necessary for the implementation of sequential analysis and associated with various random factors influencing the errors in calculating the distance in the case of overhead power lines. The purpose of simulation modeling is to obtain dependencies p m (x⎜H i ), and the latter are formed for different numbers and combinations of hypotheses M. Probability distributions p m (x⎜H i ) can also be determined on the basis of statistical operational data, taking into account errors identified by linear by teams when bypassing overhead power lines, or determined from the standard values by which the bypass zone of overhead power lines is set (averaged values for overhead power lines of various lengths and voltage classes). Computations using p m (x⎜H i ) for different values of M are implemented in blocks 3 1 ... 3 M and are necessary due to the fact that Reed’s algorithm involves the sequential elimination of hypotheses to make a final decision about the damaged section of the overhead power line.

Результаты моделирования в виде вероятностных законов распределения, например, аналогичных фиг.4 и соответствующих гипотезам поврежденных участков, записываются в блок 2 памяти. Дополнительно в блок 6 расчета пороговых (уставочных) значений вводятся вероятностные показатели эффективности последовательной процедуры распознавания поврежденного участка в виде значений матиц вероятностей НР^Н, выражение (4), характеризующих вероятности правильных и ошибочных решений при последовательном исключении гипотез. На основе матриц вероятностей в блоке 6 реализуется расчет по выражению (6) пороговых значений участвующих на каждом шаге последовательной процедуры принятия решения относительно поврежденного участка ВЛЭП.The simulation results in the form of probabilistic distribution laws, for example, similar to Fig. 4 and corresponding to the hypotheses of damaged areas, are recorded in memory block 2. Additionally, in block 6 for calculating threshold (set) values, probabilistic indicators of the effectiveness of the sequential procedure for recognizing a damaged area are introduced in the form of values of probability matrices НР^Н, expression (4), characterizing the probabilities of correct and erroneous decisions when sequentially eliminating hypotheses. Based on the probability matrices in block 6, the calculation of threshold values using expression (6) is implemented participating at each step of the sequential decision-making procedure regarding the damaged section of the overhead power line.

На вход блока 1 обработки осциллограмм и оценки параметров токов и напряжений (вход устройства (фиг. 3)) поступают либо мгновенные значения, либо комплексы токов и напряжений осциллограмм аварийных событий. На основе этой информации в блоке 1 производится вычисление составляющих вектора х. В состав вектора х могут входить, как величины, характеризующие поврежденный участок ВЛЭП (активное, реактивное сопротивления; значения реактивной мощности и коэффициента токораспределения, пересчитанные для предполагаемого места повреждения; др. параметры), а также, например, непосредственно расчетные значения места повреждения ВЛЭП, вычисленные по различным алгоритмам ОМП и имеющие соответствующие систематические и случайные погрешности.The input of block 1 for processing oscillograms and estimating the parameters of currents and voltages (device input (Fig. 3)) receives either instantaneous values or complexes of currents and voltages of oscillograms of emergency events. Based on this information, block 1 calculates the components of the vector x. The vector x may include values characterizing the damaged section of the overhead power line (active, reactance; values of reactive power and current distribution coefficient, recalculated for the expected location of the fault; other parameters), as well as, for example, directly calculated values of the location of the fault of the overhead power line, calculated using various WMD algorithms and having corresponding systematic and random errors.

По составляющим вектора х, поступающих с выхода блока 1 на вход блока 2 памяти, производится выбор из памяти значений, характеризующих законы распределения по разным гипотезам, участвующих в соответствующих расчетах отношений правдоподобия. Эти значения подаются на каждый из М блоков 31 … 3M расчета.Based on the components of the vector x coming from the output of block 1 to the input of memory block 2, values are selected from memory that characterize the laws of distribution for different hypotheses involved in the corresponding calculations of likelihood ratios. These values are supplied to each of the M calculation blocks 3 1 ... 3 M.

В блоках 31 … 3M расчета отношения правдоподобия в соответствии со значениями вектора x реализуется вычисление отношений правдоподобия λm(x⎜Hi), свойственных каждому из i=1, …, М поврежденных участков ВЛЭП (выражение (5)). При вычислениях каждого из λm(x⎜Hi) из блока 2 памяти по значениям х, полученным в блоке 1 расчета параметров, поступают значения рm(х⎜Нi) и рm(х⎜Нk).In blocks 3 1 ... 3 M for calculating the likelihood ratio in accordance with the values of the vector x, the calculation of the likelihood ratio λ m (x⎜H i ) characteristic of each of the i=1, ..., M damaged sections of overhead power lines is implemented (expression (5)). When calculating each of λ m (x⎜H i ) from memory block 2 using the x values obtained in parameter calculation block 1, the values p m (x⎜H i ) and p m (x⎜H k ) are received.

Рассчитанные значения отношения правдоподобия для каждой из гипотез m(x⎜Hi)) поступают на первые входы схем сравнения 4 с первой по М. На второй вход каждой i-ой схемы сравнения 4i из блока 6 расчета пороговых (уставочных) значений подается соответствующее пороговое значение λпор m(х⎜Нi) для реализации операции λm(х⎜Нi)<λпор m(x⎜Hi). При достижении на шаге m последовательной процедуры значения λm(x⎜Hi) ниже λпор m(x⎜Hi) с выхода схемы сравнения выдается логический сигнал в блок 5 анализа. В соответствии с этим сигналом блоком 5 анализа принимается решение об отсутствии повреждения на участке ВЛЭП под номером i, а i-ый участок исключается из последующего анализа. Таким образом, количество участков сокращается до (М - 1), что приводит к необходимости, в зависимости от того какой из участков ВЛЭП был исключен из анализа, произвести перерасчет λпор m(х⎪Нi), а также изменить зависимость, участвующую в вычислении отношения правдоподобия (выражение (5)).The calculated values of the likelihood ratio for each of the hypotheses m (x⎜H i )) are supplied to the first inputs of comparison circuits 4 from first to M. The second input of each i-th comparison circuit 4 i from block 6 for calculating threshold (set) values is supplied with the corresponding threshold value λ pores m (x⎜H i ) for the implementation of the operation λ m (x⎜H i )<λ pores m (x⎜H i ). When the value λ m (x⎜H i ) is reached at step m of the sequential procedure below λ pores m (x⎜H i ), a logical signal is issued from the output of the comparison circuit to analysis block 5. In accordance with this signal, analysis unit 5 makes a decision about the absence of damage in the overhead power line section numbered i, and the i-th section is excluded from subsequent analysis. Thus, the number of sections is reduced to (M - 1), which leads to the need, depending on which of the sections of the overhead power line was excluded from the analysis, to recalculate λ pores m (х⎪Н i ), and also to change the dependence involved in calculating the likelihood ratio (expression (5)).

Для выполнения указанных выше изменений с выхода блока 5 анализа выдаются сигналы на входы блока памяти 2 и блока 6 расчета пороговых значений. Для расчета пороговых значений по выражению (6), в блоке 6 расчета пороговых (уставочных) используются новые значения матрицы ⎪⎪Pika⎪⎪, определяющие выявление поврежденного участка ВЛЭП с требуемыми показателями распознающей способности.To carry out the above changes, signals are sent from the output of analysis block 5 to the inputs of memory block 2 and block 6 for calculating threshold values. To calculate threshold values according to expression (6), in block 6 for calculating threshold (set) values, new values of the matrix ⎪⎪P ik a⎪⎪ are used, which determine the identification of a damaged section of an overhead power line with the required indicators of recognition ability.

В ходе обработки осциллограмм аварийных событий устройством (фиг. 3) выполняется изложенный выше итерационный процесс, последовательно принимается решение об исключении гипотез относительно поврежденного участка ВЛЭП по условию λm(x⎪Hi)<λпор m(x⎪Hi). Тогда, когда останется последняя гипотеза, процесс последовательного анализа останавливается и принимается решение о том, что повреждение ВЛЭП находится на соответствующем участке. При этом с выхода блока 5 анализа устройства ОМП (фиг. 3) выдается информация о поврежденном участке (например, в виде номера) в пределах зоны обхода ВЛЭП.During the processing of oscillograms of emergency events by the device (Fig. 3), the iterative process outlined above is carried out, a decision is sequentially made to exclude hypotheses regarding the damaged section of the overhead power line according to the condition λ m (x⎪H i )<λ pores m (x⎪H i ). Then, when the last hypothesis remains, the process of sequential analysis stops and a decision is made that the damage to the overhead power line is located in the appropriate area. In this case, from the output of the analysis unit 5 of the OMP device (Fig. 3), information about the damaged area (for example, in the form of a number) within the bypass zone of the overhead power line is provided.

Рассмотрим упрощенный вариант реализации процедуры последовательного анализа при ОМП с разбиение зоны обхода ВЛЭП на три участка относительно места повреждения (фиг. 4), соответствующих трем гипотезам: Н1: μ=-σ, Н2: μ.=0 и Н3: μ=σ, которыесоответствуют решениям о соответствии места повреждения значениям математических ожиданий μ. Здесь σ - среднеквадратическое отклонение нормального закона распределения (фиг. 4).Let's consider a simplified version of the implementation of the procedure for sequential analysis in case of accidents with the division of the bypass zone of overhead power lines into three sections relative to the location of the damage (Fig. 4), corresponding to three hypotheses: H 1 : μ = -σ, H 2 : μ.=0 and H 3 : μ =σ, which correspond to decisions about the correspondence of the damage location to the values of mathematical expectations μ. Here σ is the standard deviation of the normal distribution law (Fig. 4).

Пусть по результатам расчета расстояния до места повреждения по выражению (2) на основе мгновенных значений осциллограмм токов (фиг. 2 а, б) и напряжений получены десять последовательных выборочных значений величины lкз, которые сведены в таблицу 2. Ввиду разброса выборочных значении lкз, не представляется возможным однозначно принять решение относительно справедливости гипотез Н1, Н2, Н3.Let, based on the results of calculating the distance to the place of damage according to expression (2) based on the instantaneous values of oscillograms of currents (Fig. 2 a, b) and voltages, ten consecutive sample values of l short are obtained, which are summarized in Table 2. Due to the spread of sample values of l short , it is not possible to unambiguously make a decision regarding the validity of hypotheses H 1 , H 2 , H 3 .

Отметим, что математическое ожидание выборочных значений lкз (таблица 2) равно М[lкз]=25,185 (км).Note that the mathematical expectation of sample values l kz (Table 2) is equal to M[l kz ]=25.185 (km).

Для реализации последовательного анализа введем матрицу условных вероятностей (выражение (4)) принятия решения относительно поврежденного участка:To implement sequential analysis, we introduce a matrix of conditional probabilities (expression (4)) for making a decision regarding the damaged area:

Выбор элементов матрицы должен быть выполнен с учетом эксплуатационных особенностей ВЛЭП, а также экономических последствий от неправильных решений.The selection of matrix elements must be made taking into account the operational features of the overhead power transmission line, as well as the economic consequences of incorrect decisions.

Произведем расчет пороговых значений для последовательной многогипотезной процедуры Рида на основе элементов матрицы (7):Let us calculate the threshold values for the sequential multi-hypothesis Reed procedure based on the elements of matrix (7):

Вычисление отношений правдоподобия λm(lкз⎪Нi) для каждой из гипотез Hi (i=1, 2, 3) целесообразно выполнить с использованием стандартной гауссовой функции:It is advisable to calculate the likelihood ratios λ m (l кз ⎪Н i ) for each of the hypotheses H i (i=1, 2, 3) using the standard Gaussian function:

таблицы которой приведены, например, в [Венцель Е.С. Теория вероятностей: учеб. для вузов. -5-е изд. стер. М.: Высш. шк., 1998. 576 с.].the tables of which are given, for example, in [Ventzel E.S. Probability theory: textbook. for universities. -5th ed. erased M.: Higher. school, 1998. 576 p.].

Поясним проведение расчетов отношений правдоподобия. На первом шаге последовательного анализа получаем:Let us explain the calculations of likelihood ratios. At the first step of sequential analysis we obtain:

На первом шаге последовательного анализа не происходит снижения ниже пороговых значений отношениями правдоподобия, вычисленных для каждой из гипотез H1, Н2, Н3:At the first step of the sequential analysis, there is no decrease below the threshold values of the likelihood ratios calculated for each of the hypotheses H1 , H2 , H3 :

поэтому, исключения одной из гипотез не происходит, и процедура последовательного анализа продолжается.therefore, one of the hypotheses is not excluded, and the sequential analysis procedure continues.

На втором шаге последовательного анализа получаем:At the second step of sequential analysis we obtain:

На третьем шаге последовательного анализа получаем:At the third step of sequential analysis we obtain:

Аналогичным образом реализуются расчеты для всех гипотез H1, Н2, Н3 на всех шагах последовательного анализа m. Результаты расчетов сведены в таблицу 3.Calculations for all hypotheses H 1 , H 2 , H 3 are carried out in a similar way at all steps of sequential analysis m. The calculation results are summarized in Table 3.

На третьем шаге последовательного анализа происходит исключение гипотезы Н3, поскольку отношение правдоподобия λ3(-0,8891⎪H3) оказывается ниже порогового значенияAt the third step of the sequential analysis, the hypothesis H 3 is excluded, since the likelihood ratio λ 3 (-0.8891⎪H 3 ) is below the threshold value

В дальнейшем последовательный анализ реализуется только для двух гипотез H1 и Н2. Зададим матрицу вероятностей для гипотез H1, Н2 в виде:In the future, sequential analysis is implemented only for two hypotheses H 1 and H 2 . Let us set the probability matrix for hypotheses H 1 , H 2 in the form:

Расчет пороговых значений соответствует соотношениям:The calculation of threshold values corresponds to the following ratios:

На четвертом шаге последовательного анализа получаем:At the fourth step of sequential analysis we obtain:

На пятом шаге последовательного анализа получаем:At the fifth step of sequential analysis we obtain:

На шестом шаге последовательного анализа получаем:At the sixth step of sequential analysis we obtain:

На седьмом шаге последовательного анализа получаем:At the seventh step of sequential analysis we obtain:

На восьмом шаге последовательного анализа получаем:At the eighth step of sequential analysis we obtain:

На этом шаге отклоняется гипотеза H2, поскольку:At this step, hypothesis H2 is rejected because:

и процесс последовательного анализа заканчивается принятием гипотезы Н2.and the process of sequential analysis ends with the acceptance of hypothesis H 2 .

Процесс реализации последовательного анализа по алгоритму Рида иллюстрирует фиг. 5, анализ которой позволяет сделать следующие выводы:The process of implementing sequential analysis using Reed's algorithm is illustrated in Fig. 5, the analysis of which allows us to draw the following conclusions:

- последовательное исключение гипотез по алгоритму Рида применительно к ОМП ВЛЭП приводит к выбору поврежденного участка в интервале М[lкз]±σ/2=25,185±0,835 (км);- sequential exclusion of hypotheses using Reed's algorithm in relation to the overhead power transmission line damage leads to the selection of a damaged section in the interval M[l kz ]±σ/2=25.185±0.835 (km);

- последовательная вычислительная процедура реализует принятие решения относительно поврежденного участка ВЛЭП за 8 шагов, не требует значительных временных затрат и практически не оказывает влияние на быстродействие ОМП ВЛЭП;- a sequential computational procedure implements decision-making regarding a damaged section of an overhead power line in 8 steps, does not require significant time expenditure and has virtually no impact on the performance of the overhead power line equipment;

- поскольку начальной отклоненной гипотезой стала Н3, поэтому обход ВЛЭП целесообразно начать с участка 25,185±0,835 (км) в сторону системы-1 (фиг. 1), т.е. наиболее вероятного направления повреждения;- since the initial rejected hypothesis was H 3 , therefore it is advisable to start bypassing the overhead power lines from the section 25.185 ± 0.835 (km) towards system-1 (Fig. 1), i.e. the most likely direction of damage;

- очевидно, что скорость принятия решения при последовательном анализе зависит от степени искаженности аварийных осциллограмм токов и напряжений, в том числе отклонений параметров качества электроэнергии от нормативных значений.- it is obvious that the speed of decision-making during sequential analysis depends on the degree of distortion of emergency oscillograms of currents and voltages, including deviations of power quality parameters from standard values.

Таким образом, предложен вариант организации ОМП, включающий разбиение зоны обхода (осмотра) ВЛЭП на участки с последующей реализацией однозначной процедуры распознавания поврежденного участка. Применение последовательного многогипотезного анализа позволило адаптировать процесс принятия решения относительно поврежденного участка ВЛЭП к особенностям искажения осциллограмм аварийных событий и условиям оценки их параметров. Результаты расчетов показали, что применение последовательного анализа практически не влияет на быстродействие ОМП ВЛЭП, но обеспечивает однозначность принятия решения относительно поврежденного участка в условиях отклонений токов и напряжений от синусоидальной формы.Thus, we have proposed a variant of organizing the WMD, which includes dividing the bypass (inspection) zone of the overhead power line into sections with the subsequent implementation of an unambiguous procedure for recognizing the damaged area. The use of sequential multi-hypothesis analysis made it possible to adapt the decision-making process regarding the damaged section of the overhead power line to the distortion features of the oscillograms of emergency events and the conditions for assessing their parameters. The calculation results showed that the use of sequential analysis has practically no effect on the performance of the overhead power transmission line, but provides unambiguous decision-making regarding the damaged area in conditions of deviations of currents and voltages from the sinusoidal shape.

Claims (1)

Способ определения места повреждения на воздушной линии электропередачи при замерах с двух ее концов, при котором в момент короткого замыкания измеряют подстанциях напряжение на шинах, токи линии, вычисляют значения их производных параметров, зависящих от измеренных величин и схемы питания, судят о месте повреждения путем реализации вычислительного алгоритма, определяющего зависимость между расстоянием до места повреждения от измеренных и вычисленных производных параметров, разделяют линию на множество участков, для каждого из которых вычисляют расчетные значения величин и производных параметров, определяют интервалы изменения расчетных параметров в пределах каждого из выделенных участков воздушной линии электропередачи, отличающийся тем, что реализуют способ определения места повреждения с последовательным распознаванием и исключением гипотез относительно поврежденного участка воздушной линии электропередачи, задают матрицы вероятностей, характеризующие вероятности правильного и ошибочного распознавания поврежденных участков воздушной линии электропередачи, и вводят их значения в блок расчета пороговых значений устройства, реализующего способ, с использованием значений матриц вероятностей выполняют расчет пороговых значений в блоке расчета пороговых значений, производят предварительное имитационное моделирование или сбор статистической информации, по результатам которого формируют законы распределения вероятностей вычисляемых производных параметров напряжений и токов для различных участков воздушной линии электропередачи, информацию о законах распределения записывают в блок памяти устройства, реализуют в блоке обработки осциллограмм и оценки параметров токов и напряжений вычислительный алгоритм, по которому определяют производные параметры напряжений и токов, место повреждения и зону обхода воздушной линии электропередачи, разделяют воздушную линию электропередачи на множество пронумерованных участков в пределах зоны обхода, на основе информации о законах распределения вероятностей производных параметров напряжений и токов, а также места повреждения с выхода блока памяти в блоках расчета отношений правдоподобия формируют отношения правдоподобия, свойственные каждому их пронумерованных участков воздушной линии электропередачи в пределах зоны обхода, выполняют процедуру последовательного анализа с исключением гипотез, путем сравнения рассчитанных значений отношений правдоподобия для пронумерованных участков воздушной линии электропередачи с соответствующими пороговыми значениями с выхода блока расчета пороговых значений устройства в схемах сравнения устройства, по результатам последовательного анализа в блоке анализа принимают решение о поврежденном участке воздушной линии электропередачи по его номеру, соответствующему последней гипотезе, оставшейся в ходе последовательного анализа, с выхода блока анализа информацию о поврежденном участке с виде соответствующего сигнала выдают на выход устройства, реализующего способ определения места повреждения на воздушной линии электропередачи при замерах с двух ее концов.A method for determining the location of a fault on an overhead power line by taking measurements from its two ends, in which, at the moment of a short circuit, the bus voltage and line currents are measured at substations, the values of their derived parameters are calculated, depending on the measured values and the power supply circuit, and the location of the fault is judged by implementing a computational algorithm that determines the relationship between the distance to the place of damage from the measured and calculated derivative parameters, the line is divided into many sections, for each of which the calculated values of quantities and derived parameters are calculated, the intervals of change in the calculated parameters are determined within each of the selected sections of the overhead power line, characterized in that they implement a method for determining the location of a fault with sequential recognition and exclusion of hypotheses regarding the damaged section of an overhead power line, specify probability matrices characterizing the probabilities of correct and erroneous recognition of damaged sections of an overhead power line, and enter their values into the block for calculating the threshold values of the device implementing method, using the values of probability matrices, the threshold values are calculated in the threshold value calculation block, preliminary simulation modeling is performed or statistical information is collected, based on the results of which the probability distribution laws of the calculated derivative parameters of voltages and currents are formed for various sections of the overhead power line, information about the distribution laws write to the device's memory unit, implement a computational algorithm in the unit for processing oscillograms and estimating current and voltage parameters, which determines the derived parameters of voltages and currents, the location of the fault and the bypass zone of the overhead power line, and divides the overhead power line into many numbered sections within the bypass zone , based on information about the laws of probability distribution of the derived parameters of voltages and currents, as well as the location of the damage from the output of the memory block in the blocks for calculating likelihood ratios, they form likelihood ratios inherent to each of the numbered sections of the overhead power line within the bypass zone, perform a sequential analysis procedure with exclusion hypotheses, by comparing the calculated values of likelihood ratios for numbered sections of the overhead power line with the corresponding threshold values from the output of the block for calculating the threshold values of the device in the device comparison schemes, based on the results of sequential analysis in the analysis block, a decision is made about the damaged section of the overhead power line according to its number corresponding To the last hypothesis remaining during the sequential analysis, from the output of the analysis unit, information about the damaged area in the form of a corresponding signal is given to the output of a device that implements a method for determining the location of a fault on an overhead power line when taking measurements from its two ends.
RU2023117984A 2023-07-07 Method of determining point of damage on overhead power transmission line when measuring from its two ends RU2816200C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2816200C1 true RU2816200C1 (en) 2024-03-27

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120010830A1 (en) * 2010-06-07 2012-01-12 Abb Research Ltd. Systems and methods for classifying power line events
US8184015B2 (en) * 2005-09-16 2012-05-22 Université de Liège Device, system and method for real-time monitoring of overhead power lines
RU2539830C2 (en) * 2013-03-04 2015-01-27 Степан Георгиевич Тигунцев Method for determining place of damage in air and cable lines of power transmission in networks with insulated neutral
RU2566458C2 (en) * 2014-02-20 2015-10-27 Анна Сергеевна Муратова-Милехина Method of determination of short circuit place in catenary system of electrified transport
WO2019168429A1 (en) * 2018-03-01 2019-09-06 Общество с ограниченной ответственностью "Лаборатория будущего" Method for digitally controlling a process of monitoring, technical servicing and local repair of overhead power transmission lines and system for carrying out said method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8184015B2 (en) * 2005-09-16 2012-05-22 Université de Liège Device, system and method for real-time monitoring of overhead power lines
US20120010830A1 (en) * 2010-06-07 2012-01-12 Abb Research Ltd. Systems and methods for classifying power line events
RU2539830C2 (en) * 2013-03-04 2015-01-27 Степан Георгиевич Тигунцев Method for determining place of damage in air and cable lines of power transmission in networks with insulated neutral
RU2566458C2 (en) * 2014-02-20 2015-10-27 Анна Сергеевна Муратова-Милехина Method of determination of short circuit place in catenary system of electrified transport
WO2019168429A1 (en) * 2018-03-01 2019-09-06 Общество с ограниченной ответственностью "Лаборатория будущего" Method for digitally controlling a process of monitoring, technical servicing and local repair of overhead power transmission lines and system for carrying out said method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Xie et al. A traveling wave-based fault location method employing VMD-TEO for distribution network
EP3482472B1 (en) A method and system for locating a fault in a mixed power transmission line
CN112098889B (en) Single-phase earth fault positioning method based on neural network and feature matrix
Vasanth et al. Fault location estimation for VSC-HVDC system using Artificial Neural Network
CN116520095B (en) Fault location method, system and computer readable storage medium
CN111766470B (en) Fault positioning method and system for high-voltage direct-current transmission line and direct-current transmission line
Hassen et al. A distributed diagnosis strategy using bayesian network for complex wiring networks
RU2816200C1 (en) Method of determining point of damage on overhead power transmission line when measuring from its two ends
Wang et al. A data-driven fault location algorithm based on the electromagnetic time reversal in mismatched media
DE19541307C2 (en) Method for testing electrical conductor arrangements and device for carrying out the method
Moldovan et al. Methods of faults detection and location in electrical systems
Daisy et al. Single phase fault location in power distribution network using combination of impedance based method and voltage sage matching algorithm
CN110927539A (en) Power distribution network fault section positioning method based on single-ended transient energy spectrum similarity
CN116644698A (en) Harmonic resonance interference source identification method, early warning method and device
CN115313329A (en) Frequency band range selection method for rapid traveling wave protection and related device
Bohórquez et al. One-ended fault location method based on machine learning models
Kulikov et al. Methods for implementing of the single-ended traveling wave fault locating on the transmission lines based on traveling wave pattern recognition
Mosavi et al. Stability comparison of fault location techniques against faulty GPS time tagging for three-terminal lines
Keshri et al. Parameter-less fault locator using synchronized/un-synchronized data for overhead transmission line
CN111812456A (en) Power transmission line fault positioning method, device and system based on distributed traveling wave time-frequency information
Gao et al. An eye diagram parameters measurement method based on K-means clustering algorithm
Zhang et al. An Ultra-High-Speed MMC-HVDC Fault Location Algorithm Based on Regression Neural Network
RU2793555C1 (en) Method for determining location of a short circuit on an overhead power line with unsynchronized measurements from its two ends
RU2775150C1 (en) Method for analyzing the quality of electrical energy in a three-phase industrial power supply system
Yang et al. Parameter estimation and fault diagnosis for compensation capacitators in ZPW-2000 jointless track circuit