SE501936C2

SE501936C2 - Förfarande för att efter det att ett fel har inträffat i ett kraftnät mäta och återskapa fasströmmarna samt anordning för genomförande av det nämnda förfarandet

Info

Publication number: SE501936C2
Application number: SE9303154A
Authority: SE
Inventors: Leif Eriksson; Murari Mohan Saha
Original assignee: Asea Brown Boveri
Priority date: 1993-09-28
Filing date: 1993-09-28
Publication date: 1995-06-26
Also published as: CA2170536C; EP0721686B1; EP0721686A1; SE9303154D0; SE9303154L; DE69407305D1; DE69407305T2; WO1995009466A1; US5493228A; CA2170536A1

Description

10 15 20 25 30 35 40 45 501 936 2 De ﬂesta fellokalisatorer är baserade på mätning av reaktansen mellan en kortslutning och den ände av kraftledningen där fellokalisatorn är placerad. Noggrannheten vid avståndsbestämningen påverkas dock av felresistansen. Orsaken till detta är att den ström som ﬂyter genom felresistansen är något fasförskjuten relativt fasläget hos den vid kraftledningens ände uppmätta strömmen. Detta innebär att felresistansen uppfattas som en skenbar impedans med en resistiv och en reaktiv komponent. Det är bland annat denna reaktiva komponent som ger upphov till onoggrannheten eller felet i avståndsbestämningen eftersom den påverkar den uppmätta reaktansen.

Principerna för fellokalisering och bestämning av felresistans vid ett inträffat fel på en skyddad ledningssträcka är kända från ett ﬂertal publikationer varav några kommer att redovisas nedan. Underlaget består av mätvärden erhållna med hjälp av mättransformatorer för spänning och ström i en mätstation i anslutning till den skyddade ledningen. Dessa mätvärden appliceras på en i distansskyddet inbyggd modell av det aktuella nätet. Dagens teknik omfattar A/D-konvertering och filtrering av mätvärdena som sedan via olika distansskyddsekvationer för modellen bestämmer felavstånd och felresistansens storlek.

En fellokalisator 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. Enligt denna metod memoreras samplade fasströmmar IR, lg och IT , som nedan anges som IA , uppmätta i en mätstation A vid ledningens ena ände, för att kunna bestämma ändringen i fasströmmarna vid mätstationen som uppstår då ett fel inträffar, dvs strömändringen IFA lika med aktuell fasström IA efter det att ett fel har inträffat minus fasströmmen före det att felet har inträffat. Det här beskrivna sättet att få ett mått på strömändringen IFA kräver en omfattande rninneskapacitet och beräkningsförfarandet är relativt tidskrävande.

På grund av att den ström IF som ﬂyter genom felresistansen har strömbidrag även från en matningsstation vid kraftledningens andra ände kommer IF att vara skild från IFA. Sambandet mellan dessa kan bestämmas med hjälp av nätets distributionsfaktor. De ekvationer som på detta sätt kan ställas upp medger en möjlighet att bestämma både strömmen IF genom felet, felresistans och avstånd till felet.

Att få fram ett mått på strömmen IF genom felet på de ovan beskrivna sätten kräver, som anfört ovan, en betydande minneskapacitet och på 10 15 20' 25 30 35 40 45 3 grund av att beräkningsförfarandet är relativt omfattande är detta 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 måste genomgå tidskrävande Fourierfiltrering för att få fram strömmarnas fundamentalkomponenter befriad från övertoner och likströmskomponenter.

I svenska patentansökan SE 9203071-7 beskrivs en felmodell av ett ledningsnät där man även har tagit hänsyn till nätets nollföljdsimpedans genom att även summaströmmen IN, även kallad jordström, dvs IN = IR +15 + IT = 3-10 (2) där IR , 15 , och IT är respektive fasströmmar och 10 är nollföljds- strömmen, kommer att ingå i de ekvationer som kan ställas upp för att bestämma felparametrarna. Även om man nu i princip med tillgång till nätets parametrar och fasströmmarna IA samt IF och IN kan bestämma avståndet till ett fel och felresistansen återstår dock ett praktiskt problem, nämligen att så snabbt som möjligt efter det att att fel har uppstått få ett tillräckligt korrekt värde på fasströmmarna omedelbart före det att ett fel har inträffat så att önskad noggrannhet i bestämningen av felparametrama kan uppnås.

Det ﬁnns också andra metoder för amplitudbestämning av de uppmätta strömmarna. En sådan metod går ut på att ta reda på toppvärdet med hjälp av två på varandra följande sampelvärden för varje period. En sådan metod omtalas bl ai "High-speed distance Relaying using a digital computer, Part 1- System Description", IEEE Trans on Power Apparatus and Systems, Vol-9l, No 3, May/June1972, ppl235-1243 av G.B.

Gilchrest, G. D. Rockefeller och E. A. Udren. De toppvärden som erhålles på detta sätt under normala förhållanden, dvs före det att en eventuell mättning av strömtransformatorerna inträffar, är relevanta mätvärden som motsvarar fourieramplituderna.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Föreliggande uppfinning avser ett förfarande och en anordning för att snabbt efter det att ett fel har inträffat i ett kraftnät mäta och återskapa fasströmmarna före det att felet har inträffat. Detta medger en möjlighet att snabbt kunna bestämma den ändring i ström som uppstår i samband med att ett fel inträffar. Denna ändring utgör ett mått på den felström som används vid beräkning av avstånd till fel, felresistans m m. 501 936 10 15 20 25 30 35 40 45 501 936 4 I ett första steg beräknas kontinuerligt med utgångspunkt från fasströmmarna IA fram till feltidpunkten för varje fas strömmarnas amplitudvärde I och fasläge (p baserade på två på varandra följande samplade mätvärden enligt något känt förfarande, exempelvis enligt ovan nämnda. Amplitudvärdet ﬁltreras sedan i ett lågpassﬁlter, varefter en kontinuerlig jämförelse sker mellan det på detta sätt senast erhållna värdet Ik och kraftnätets aktuella märkström In. Om jämförelsen visar att det erhållna värdet överstiger märkström, dvs indikerar att ett fel har uppstått, lagras det senast före feltillfället beräknade amplitudvärdet Ik-1 och fasläget tpk-1 samt motsvarande tid tk-1.

Fasströmmen IB för varje fas före det att ett fel har inträffat bestäms nu i enlighet med uppfinningen med utgångspunkt från de på detta sätt erhållna värdena på Ik-1, (pk-1 och tk-1 på följande sätt: IB = Ik-1~sin(<|>i<-1+ 000 - tk-1)) (3) vilket i sin tur innebär att så som felström vid de följande beräkningarna av avstånd till fel, felresistans m m används IFB = IA - IB (4) Den stora fördelen med detta sätt att få ett mått på fasströmmarna före det att ett fel har inträffat är att man inte behöver omfattande niinneskapacitet för kontinuerlig lagring av mätvärden samt att den nödvändiga tiden för bestämningen är väsentligt kortare än de tidigare redovisade förfarandena. Eftersom tidsaspekten i detta sammanhang är synnerligen viktig innebär detta förfarande att man mycket snabbare kan få besked om att ett fel har inträffat samt få fram data om fel, felavstånd m m.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSFORMER En anordning för att genomföra förfarandet enligt uppfinningen framgår av bifogade figur. En motsvarande anordning ingår i varje fas.

Fasströmmens amplitud I och fasvinkel (p baserade på två på varandra följande sampel bestäms kontinuerligt med hjälp av någon känd teknik.

Detta kan ske med hjälp av ett första tidsfördröjningsdon 1 och en första beräkningsenhet 2. I denna beräkningsenhet sker också en lågpass- filtrering av det på detta sätt beräknade amplitudvärdet av I.

Varje nytt beräknat värde Ik , (pk samt motsvarande tid tk och det senast föregående amplitudvärdet Ik-1, fasläget lagras konsekutivt i en rriinnesenhet 3. Dessa senast föregående 10 15 20% 25 30 35 40 45 5 konsekutivt lagrade värdena förs sedan vidare till en rninnes- och beräkningsenhet 4.

Detektering av om ett fel har inträffat sker nu genom att det senast beräknade amplitudvärdet Ik jämförs med kraftnätets aktuella märkström In. Denna jämförelse sker i en jämförare 5. Om nu Ik är större än In betyder detta att ett fel har uppstått på kraftlinjen. Denna infomiation leds till minnes- och beräkningsenheten 4 som låser fast och lagrar det senast föregående amplitudvärdet Ik-1 samt motsvarande fasläge Ik- 1.

I minnes- och beräkningsenheten 4 sker sedan en bestämning av ett värde på fasströmmarna före det att felet har uppstått i enlighet med uppfinningen, dvs IB = Ik-1°Sin( Eftersom beräkningstiden för att erhålla detta värde på fasströmmarna är praktiskt taget försumbar kommer så fort ett fel har detekterats via jämföraren 5 order om inkoppling av detta värde via en kontakt 6 till distansskyddet för den vidare bearbetningen, dvs bestämning av felström och framtagning av felavstånd m m.

Den redovisade utföringsforrnen enligt den bifogade figuren kan inom ramen för uppfinningen varieras på ett ﬂertal olika sätt, exempelvis med diskreta komponenter i ett hybrid utförande, med blandad analog och digital teknik, i ett mer eller mindre integrerat sätt, utformad som programvara eller på annat motsvarande sätt. 501 936

Claims

10 15 20 25 30 35 40 45 501 936 6 PATENTKRAV

1. Förfarande för att efter det att ett fel har inträffat i ett kraftnät mäta och återskapa fasströmmarna (IB) före det att felet har inträffat vilket förfarande k ä n n e t e c k n a s av att lågpassﬁltrerade värden på fasströmmarnas amplitud I och fasläge :p kontinurligt bestämmes med utgångspunkt från två på varandra följande samplade mätvärden på fasströmmarna IA och att både det senast erhållna bestämda värdet Ik, (pk samt motsvarande tid tk och det senast föregående bestämda värdet Ik-1, (pk_1 samt motsvarande tid tk.1 lagras och att det senast bestämda värdet Ik jämförs med kraftnätets märkström In och att- ett fel anses detekterat om det senast erhållna bestämda värdet Ik är större än kraftnätets märkström In och att som mått på fasströmmarna före feltillfället anges IB = Ik-1°SiI1(

2. Anordning för att genomföra förfarandet enligt patentkrav 1 för att återskapa fasströmmarna (IB) i ett kraftnät före det att ett fel har inträffat k ä n n e t e c k n a d av att anordningen, med tillgång till samplade värden på aktuell fasström IA, för varje fas innefattar - en första tidsfördröjningsenhet (1) och en första beräkningsenhet (2) vilka tillsammans är anordnade att bestämma lågpassñltrerade värden på fasströmmens amplitud I och fasvinkel (p med hjälp av två på varandra följande sarnpel, - en rninnesenhet (3) anordnad att konsekutivt lagra det senast beräknade värdet på fasströmmen Ik , fasvinkeln cpk samt motsvarande tid tk och det närmast föregående värdet på fasströmmen Ik-1, fasvinkeln tpk-1 samt motsvarande tid tk-1, - en jämförare (5) som jämför det senast beräknade värdet på fasströmmen Ik med kraftnätets märkström In och om fasströmmen Ik är större än kraftnätets märkström In - en minnes- och beräkningsenhet (4) anordnad att lagra det närmast föregående värde på fasströmmen Ik-1, fasvinkeln cpk-1 samt motsvarande tid tk-1 och att bestämma ett värde på fasströmmen före feltillfället enligt IB = Ik-1°Sin( vilket värde via en kontakt (6) som slutes då felet har inträffat utgör underlag för bestänming av felparametrarna.