SE470197B - Förfarande och anordning för att bestämma den felström som uppstår vid ett fel på kraftlinjer vid kortslutning mellan fas/faser till jord - Google Patents

Description

§,'~] CD 10 15 20 25 30 35 40 45 ts? 2 fasskillnaden mellan den totala strömmen i kraftledningen efter det att ett fel har inträffat och strömmen genom felresistansen. Nackdelen med denna metod är att obalansströmmen inte alltid är ett bra mått på den i felstället flytande strömmen beroende på att felströmsfördeliiingen för nollföljdsströmmen, dvs distributionsfaktorn DAQ är osäkrare än distributionsfaktorn för plusföljdsströmmen DA. Ofta kan dessutom en stor del av nollföljdsströmmen shuntas bort i transformatorer anslutna till skyddsobjektet.

En annan metod beskrivs i en artikel "An accurate fault locator with compensation for apparent reactance in the fault resistance resulting from remote-end infeed" publicerad i IEEE Transaction on PAS, Vol. PAS- 104, No 2, Feb 1985, pp 424-436. Denna fellokalisator tar, förutom hänsyn till kraftlinjens impedans Z1 även hänsyn till kraftlinjens källimpedanser för att korrekt kunna beskriva nätet och inverkan av inmatning till felstället av ström till felstället från båda hållen med hjälp av distributionsfaktom DA. Enligt denna metod memoreras samplade fasströmmar, uppmätta i en mätstation A vid ledningens ena ände, för att kunna bestämma ändringen i strömmama vid mätstationen som uppstår då ett fel inträffar, dvs strömändringen IpA lika med aktuell belastnings- och felström IA minus belastningsström före det att felet har inträffat.

Spänningen UAi mätstationen A kan därvid uttryckas som summan av spänningsfallet IA~p-Z1 över den del av ledningen som ligger mellan mätstationen och felstället plus felspänningen Ip-Rp där Ip är den ström som flyter genom felresistansen Rp, dvs UA = IA-P-Zi + IF-RF (1) där "p" är det relativa avståndet till felet.

På grund av att den ström Ip som flyter genom felresistansen har strömbidrag även från en mamingsstation vid kraftledningens andra ände kommer Ip att vara skild från IpA. Sambandet mellan dessa bestäms av den ovan nämnda distributionsfaktom enligt IFA = DA- IF (2) Man kan vidare, utan att närmare gå in på bevisföringen, visa att IpA = 3/2(AIA - 10A) (3) där AIA är summan av ändringar i de symmetriska strömkomponentema uppmätta vid A och 10A är den nollföljdskomponent som uppträder vid ett fel. Eftersom dessutom 10 15 20 25 30 35 40 45 AIA - 10A = AI1A + AlzA (4) innebär detta att den i A uppmätta strömändring som uppstår vid ett fel kan uttryckas med hjälp av summan av ändringar i plus- och minusföljdsströmmama vid mätpunkten A. Med tillgång till värden på dessa strömmar kan IFA bestämmas och eftersom även D A är känd för det aktuella nätet kan Ip bestämmas enligt IF = IFA/DA = 3/2( AïiA + AI2A)/DA (5) Detta uttrycks i regel på så sätt att som felström används den nollföljdsfria delen av den strömförändring som uppstår vid ett fel.

Lösningsmetoden innebär att ekvation (1) nu kan skrivas som UA = IAP-Zi + (IFA/DA)~RF (la) vilket leder till en andragradsekvation för lösning av "p".

Orsaken till att man som ett mått på felströmmen använder den nollföljdsfria delen av strömförändringarna är att nätets nollföljdsimpedanser har lägre vinkel och är osäkrare än plusföljds- impedansema. Motsvarande distributionsfaktor blir härvid osäkrare och därmed blir också fasvinkeln mellan verklig och uppmätt felström osäkrare.

Den redovisade metoden att få fram felströmmen är dock ingen metod som kan användas då det ställs höga krav på snabba skyddsfunktioner.

Orsaken till detta är bl a att strömmar både före och efter det att ett fel har inträffat Fourierfiltreras för att få fram strömmarnas fundamental- komponenter och att beräkningsförfarandet för att lösa "p" är relativt omfattande.

Ett annat sätt att få fram ett mått på felströmmen finns beskrivet i en artikel "Microprocessor-implemented digital filters for the calculation of symmetrical components" av A. J. Degens publicerad i IEE Proc., Vol. 129, Pt. C, No. 3, p. 111-118, May 1982. Denna metod för bestämning av felströmmen kräver dock att samplingsfrekvensen är en multipel av nätfrekvensen samt att en mängd äldre sampel memoreras. Detta innebär att det förflyter en avsevärd tid innan filtret för framtagning av felströmmen har anpassat sig till de nya förhållandena efter det att ett fel inträffat på kraftnätet. f? '- 7 f f I I 10 15 20 25 30 35 40 45 Û 397 4 REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Ett förfarande enligt uppfinningen för att på ett mycket snabbt sätt bestämma den felström som uppstår i ett kraftnät då ett fel har inträffat baseras på den nollföljdsfña delen av den strömförändring som sker i samband med felet. Förfarandet för evaluering av felströmmen Ip utgår från summan IpApg av ändringarna i plus- och minusföljdsström- komponenterna vid mätstationen A men sker på ett sätt som väsentligt skiljer sig från den enligt teknikens ståndpunkt redovisade. Man gör här ansatsen att Ip är lika med en linjärkombination av summan av uppmätta strömsampel för varje fas vid två närliggande tidpunkter t1 och tg och där varje av dessa sampelvärden multipliceras med var sin koefficient som väljs på så sätt att felströmmen blir i fas med plus- och minusföljdsförändringama. Felströmsekvationen för Ip kommer sålunda att få följande form: IF = kR1-IR1 + kR2-IR2 + ks1-Is1 + ksz-Isz + kT1~IT1 +krz-ïrz där IR1, 151 och IT1 är samtidiga strömsampelvärden i R-, S- och T-fasen vid tidpunkten t1 och motsvarande IR2, 132 och IT2 är samtidiga strömsampelvärden vid tidpunkten tg. Ett belägg för denna ansats framgår av följande.

Felströmmen kan enligt den tidigare redovisade ekvationen (5) skrivas som IF = IFA/DA = 3/2(AI1A + AI2A)/DA (5) Plus- och minusföljdsströmmama kan också enligt känd teknik uttryckas med hjälp av fasströmmama och genom insättning av dessa kända uttryck kan felströmmen skrivas som IF = 3/2(2/3/DAIR+(1/DA/(fl - 212)-1/3/DA)1S+(-1/DA/(fl - a2)-1/3/DA)IT) där a = 1- exp G21t/3), dvs enhetsvektom med argumentet 1200.

Detta uttryck visar generellt att felströmmen kan erhållas genom att addera fasströmmama efter att först ha fasvridit dessa.

Det finns flera altemativa sätt att ta fram koefficientema kR1, km, k51 och så vidare. För att visa en metod skall redovisas hur koefficientema kR1 och kR2, dvs de koefficienter som samplen IR1 och IRZ vid tidpunktema t1 och tg skall multipliceras med, kan bestämmas. Man utgår från följande trigonometriska samband: “VS 10 15 20 25 30 35 40 45 4-78 197 l!! IR1 = sincotj = sin0)(t2 - dt) där "dt" motsvarar tidsskillnaden mellan samplen och (odt vinkelskillnaden, 1112 = sincotg Det ovan anförda kriteriet, dvs att man skall välja koefficienterna på ett sådant sätt att fasläget hos filtrets utsignal skall motsvara felströmmens fasläge kan överföras till att bestämma ett sampelvärde IR3 vid tidpunkten tg hos en sinusformad ström med samma amplitud som, i detta exempel, R-fasens ström men fasförskjutet vinkeln ßR relativt R-fasen, dvs IR3 = sin(cot2 - BR) Vinkeln ßR kan bestämmas med utgångspunkt från det aktuella nätet och distributionsfaktom D A vid fel på räckviddsgränsen.

Med hjälp av trigonometriska beräkningar kan IR3 som funktion av dt och BR bestämmas till IR3 = (sinßR/sinwdOIR1 + (cosßR - (coscodt- sinßR)/sincodt)IR2 = kR1IR1 + kR2IRz På motsvarande sätt kan koefficienterna för strömsamplen för S- och T- faserna bestämmas. Rent generellt kan på detta sätt koefficienterna vara betingade av distributionsfaktorn DA och vinkeln (odt mellan två på varandra följande sampel, dvs att kxrz = f(DA,wdt) där X står för R, S och T.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSFORMER Uppñnningen omfattar en anordning i form av ett felströmsfilter för att bestämma den felström som uppstår vid kortslutning mellan kraftlinjer och jord och framgår av bifogade figur. En kraftlinje L matas via stationema A och B. Vid F har ett jordfel inträffat varvid det uppstår en felström Ip till jord som har ínmatning från båda stationerna. Linjens impedans och källimpedanserna är kända varvid distributionsfaktorn DA är känd. I station A mäts på konventionellt sätt de tre fasströmrnarna IR, Ig och IT. De uppmätta värdena leds till var sitt lågpassfilter 1, 2 och 3 10 15 20 25 30 35 40 45 197 6 och därefter till samplingsorgan 4, 5 och 6 för respektive fas. Via tidsfördröjningsorgan 7, 8 och 9 med tidsfördröjningen "dt" motsvarande tiden mellan varje sampel erhålles på detta sätt kontinuerligt och konsekutivt tillgång till två sampelvärden mätta med tidskillnaden "dt" för varje fas. Sampelvärden anges, så som också framgått av den tidigare redovisningen, med IR1 och IR; för R-fasen, 151 och 132 för S-fasen och IT1 och IT2 för T-fasen.

Med kännedom om distributionsfaktom DA för det aktuella nätet och tiden "dt" mellan varje sampel kan koefficientema kR1, kRg, k51, kgg, kn och km enligt felströmsekvationen IF = kR1-IR1 + kR2-IR2 + ks1-Is1 + ksz-Isz + krr-Iri +kTz-IT2 bestämmas, exempelvis så som redovisats under redogörelsen för uppfinningen. Genom att låta sampelvärdena via koefficientenhetema 10, 11, 12, 13, 14, 15 multipliceras med respektive koefficient och låta produkterna tillföras en summator 16 för summering av dessa enligt felströmsekvationen erhålles ett mått på aktuell felström 11:.

Felströmsfiltret kan uppbyggnadsmässigt utformas på ett flertal mer eller mindre integrerade olika sätt. Det kan dels bestå av enskilda funktionella enheter så som direkt framgår av den bifogade figuren eller så kan några eller samtliga enheter utformas som en integrerad krets eller implementeras i en dator.

JN)

Claims (3)

10 15 20 25 30 35 40 45 PATENTKRAV

1. Förfarande för att bestämma den felström Ip som uppstår vid ett fel på kraftlinjer vid kortslutning mellan fas/faser till jord vilket förfarande utgår från mätning, lågpassfiltrering och sampling av samtliga fasströmmar och som k ä n n e t e c k n a s av att tvâ på varandra följande kontinuerligt och konsekutivt uppmätta sampelvärden för varje fas, 1111, 1112, 131, 132,1T1, lTg, multipliceras med var sin på förhand bestämd koefficient kR1, kR2, k31, k32, kT1, kTg som väljs på så sätt att felströmmen blir i fas med plus- och minusföljdsförändringama, och att felströmmen utgöres av summan av produktema enligt IP = kR1-IR1 + kRz-Inz + ks1-Is1 + ksz-Isz + kri-Iri +krz-IT2

2. Förfarande enligt patentkrav 1 och som k ä n n e t e c k n a s av att koefficientema bestäms med utgångspunkt från kraftnätets distributions- faktor DA och vinkelskillnaden "codt" mellan två på varandra följande sampel på ett sådant sätt att fasläget hos 11: motsvarar felströmmens fasläge.

3. Felströmsfilter för genomförandet av förfarandet enligt patentkrav 1 för att bestämma den felström 11: som uppstår vid ett fel på kraftlinjer vid kortslutning mellan fas/faser och jord vilket felströmsfilter utgår från mätning av samtliga fasströmmar och som är försett med anordningar (1, 2, 3) för lågpassñltrering av fasströmmarna, samplingsorgan (4, 5, 6) för kontinuerligt och konsekutivt avgivande av samplade mätvärden 1112, 132,11; av de lågpassfiltrerade fasströmmama och som är k ä n n e t e c k n a t av att felströmsñltret innefattar tidsfördröjnings- organ (7, 8, 9) anordnade för kontinuerligt och konsekutivt avgivande av tidsfördröjda samplade mätvärden IR1,131,1'1~1 ett samplingsintervall tidigare än de sarnplade mätvärdena och att både de samplade mätvärdena och de tidsfördröjda samplade mätvärdena är anordnade att utgöra insignaler till var sin koefficientenhet (10, 11, 12, 13, 14, 15) vilkas utsignaler som representerar produktema av aktuella insignaler och respektive koefficient är anordnade att summeras i en summator (16) för avgivande av en signal motsvarande felströmmen 11; »lä- ~.,q CI) - .~\ .Q ä: