RU2305293C1

RU2305293C1 - METHOD OF DETECTING FAULT IN 6( 10 )-35 kV ELECTRIC CIRCUIT WITH ISOLATED OR COMPENSATED NEUTRAL POINT

Info

Publication number: RU2305293C1
Application number: RU2006110755/28A
Authority: RU
Inventors: Людмила Прокопьевна Андрианова (RU); Людмила Прокопьевна Андрианова; Эдуард Рамилевич Байбурин (RU); Эдуард Рамилевич Байбурин
Original assignee: Людмила Прокопьевна Андрианова; Эдуард Рамилевич Байбурин
Priority date: 2006-04-03
Filing date: 2006-04-03
Publication date: 2007-08-27

Abstract

FIELD: electric measuring technique.

SUBSTANCE: phase of line with damaged isolation is revealed, which phase is short circuited against ground, and parameters of damaged phase are measured. Natural frequency of transient process of discharge of capacitance of damaged phase and natural frequency of transient process of additional charge of conductance of non-damaged phases, as well as sequent amplitudes of discharge of damaged phase and voltage in neutral point are used as parameters to be measured. Distance to damaged site is found on base of measured parameters.

EFFECT: improved precision; higher speed of operation.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при эксплуатации трехфазных электрических сетей с изолированной или компенсированной нейтралью для оперативного определения места их повреждения, без отключения потребителей.The invention relates to electrical engineering and can be used in the operation of three-phase electrical networks with isolated or compensated neutral to quickly determine the place of their damage, without disconnecting consumers.

Известен способ определения до места замыкания фазы на землю в сетях с изолированной нейтралью (а.с. СССР №1559318), согласно которому при включении через компенсирующее устройство между землей и проверяемой фазой источника непромышленной частоты устанавливают резонанс напряжений на контуре, состоящем из емкости проводов сети и дополнительной регулируемой индуктивностью при нормальной работе сети, получают стабилизированный ток непромышленной частоты, протекающий по замкнутому на землю проводу, фиксируют величину напряжения между точкой присоединения резонансной индуктивности к электросети и землей, измеряют величину угла между измеренным напряжением и известным напряжением источника непромышленной частоты, а расстояние до места замыкания фазы на землю определяют по формуле исходя из значений величины резонансной индуктивности выделенного контура, индуктивности одного км линии, напряжения между точкой присоединения резонансной индуктивности к электрической сети и землей, угла между измеренным напряжением и напряжением источника непромышленной частоты. Недостатком известного способа является сложность его осуществления, требующая в частности наличия источника непромышленной частоты, дополнительной регулируемой индуктивности и установления резонансного режима с последующим замером параметров. Кроме того, это требует достаточно длительного времени, что делает данный способ малоэффективным.There is a method of determining to the point of phase to ground fault in networks with isolated neutral (AS USSR No. 1559318), according to which, when a source of non-industrial frequency is turned on through a compensating device, a voltage resonance is established on the circuit consisting of the capacity of the network wires and additional adjustable inductance during normal operation of the network, get a stabilized non-industrial frequency current flowing through a wire closed to ground, fix the voltage between the points oh connection of the resonant inductance to the mains and ground, measure the angle between the measured voltage and the known voltage of the non-industrial frequency source, and the distance to the point of phase to ground fault is determined by the formula based on the values of the resonant inductance of the selected circuit, the inductance of one km of the line, the voltage between the point attaching resonant inductance to the electrical network and ground, the angle between the measured voltage and the voltage of the non-industrial frequency source. The disadvantage of this method is the complexity of its implementation, which requires, in particular, the availability of a non-industrial frequency source, additional adjustable inductance and the establishment of a resonant mode with subsequent measurement of parameters. In addition, it requires a sufficiently long time, which makes this method ineffective.

Известен способ определения места однофазного замыкания на землю в разветвленной воздушной ЛЭП с изолированной нейтралью, (патент РФ №2248583), согласно которому передвигаются под ЛЭП вдоль ее ветвей и проводят измерения в качестве аварийного сигнала напряженности электрического и магнитного полей, преобразуют их в пропорциональные им гармонические составляющие сигналов напряжения и тока, а место замыкания на землю определяют по смене знака угла сдвига фаз между гармоническими составляющими сигналов напряжения и тока выделенной 1-ой гармоники. Недостатком данного способа является его трудоемкость и недостаточная точность, кроме того, его нельзя провести аппаратными средствами на подстанции, а необходим выезд бригады на линию.There is a method of determining the location of a single-phase earth fault in a branched overhead power line with an isolated neutral, (RF patent No. 2285883), according to which they move under power lines along its branches and measure electric and magnetic fields as an alarm signal, convert them into harmonic proportional to them components of the voltage and current signals, and the place of the earth fault is determined by changing the sign of the phase angle between the harmonic components of the voltage and current signals of the selected 1st gar Monica. The disadvantage of this method is its complexity and lack of accuracy, in addition, it cannot be carried out by hardware at the substation, and the brigade needs to go to the line.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ определения удаленности однофазного замыкания в трехфазной линии электропередачи [патент РФ №2186404], который выбран за прототип. В способе-прототипе осуществляется следующая последовательность операций: определяют первую фазу линии электропередачи с поврежденной изоляцией, замкнувшуюся на землю; отключают линию электропередачи от источника питания; перемыкают между собой накоротко провода первой фазы с поврежденной изоляцией и второй фазы с неповрежденной изоляцией в конце линии электропередачи на известном расстоянии L от источника питания при помощи перемычки; размыкают питающий конец провода третьей фазы с неповрежденной изоляцией с помощью, например, коммутационного аппарата; соединяют с землей провод третьей фазы с неповрежденной изоляцией в начале и конце линии электропередачи перемычками; подключают к земле нулевую точку или вывод второй фазы с неповрежденной изоляцией источника питания с помощью коммутационного аппарата; подключают первую фазу с поврежденной изоляцией и вторую фазу с неповрежденной изоляцией к источнику питания; измеряют напряжение U₁₂ на выводах источника питания между первой фазой с поврежденной изоляцией и второй фазой с неповрежденной изоляцией, а также значения токов I₁ и I₂ этих фаз; определяют расстояние l_k до места однофазного замыкания по формулеThe closest in technical essence and the achieved effect is a method for determining the distance of a single-phase circuit in a three-phase power line [RF patent No. 2186404], which is selected as the prototype. In the prototype method, the following sequence of operations is carried out: determine the first phase of the power line with damaged insulation, closed to the ground; disconnect the power line from the power source; short-circuit the wires of the first phase with damaged insulation and the second phase with intact insulation at the end of the power line at a known distance L from the power source with a jumper; open the supply end of the third phase wire with intact insulation using, for example, a switching device; connect to the ground a third-phase wire with intact insulation at the beginning and end of the power line with jumpers; connect to the ground a zero point or terminal of the second phase with intact insulation of the power source using a switching device; connect the first phase with damaged insulation and the second phase with intact insulation to a power source; measure the voltage U ₁₂ at the terminals of the power source between the first phase with damaged insulation and the second phase with undamaged insulation, as well as the values of currents I ₁ and I _{2 of} these phases; determine the distance l _k to the place of a single-phase circuit according to the formula

где L - расстояние от источника питания до противоположного конца линии.where L is the distance from the power source to the opposite end of the line.

Основным недостатком данного способа является необходимость отключения поврежденной линии от источника питания, что неизбежно вызовет сбой в работе потребителей. Между тем известно, (см. Правила устройства электроустановок. - М.: Энергоатомиздат, 2003, с.316) что защиты от однофазных замыканий на землю должны быть выполнены в виде селективной защиты, действующей на сигнал, так как в течение определенного промежутка времени потребитель не ощущает повреждения на линии и, если сократить время устранения такого повреждения, то отключения потребителей можно избежать. Кроме того, данный способ дает погрешности, обусловленные тем, что в токах I₁ и I₂ сохраняются составляющие, обусловленные однофазными нагрузками, подключенными между первой фазой с поврежденной изоляцией и второй фазой с неповрежденной изоляцией, а также из-за наличия поперечной емкостной проводимости между первой и второй фазами, а также между второй фазой и землей.The main disadvantage of this method is the need to disconnect the damaged line from the power source, which will inevitably cause a malfunction of consumers. Meanwhile, it is known (see Electrical Installation Rules. - M.: Energoatomizdat, 2003, p. 316) that protection against single-phase earth faults should be made in the form of selective protection acting on the signal, since the consumer will spend a certain period of time does not feel damage on the line and, if you reduce the time to eliminate such damage, then disconnection of consumers can be avoided. In addition, this method gives errors due to the fact that the currents I ₁ and I ₂ retain components due to single-phase loads connected between the first phase with damaged insulation and the second phase with undamaged insulation, as well as due to the presence of transverse capacitive conductivity between the first and second phases, and also between the second phase and the ground.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является устранение указанных недостатков, а именно создание способа, позволяющего, находясь на подстанции, быстро и точно определять с помощью анализа параметров переходного процесса аварийного режима места повреждения, с тем чтобы ремонтная бригада была направлена точно к месту повреждения, и при этом отключения потребителей от питания не производилось.The task to which the claimed invention is directed is to eliminate these drawbacks, namely the creation of a method that allows, while at the substation, to quickly and accurately determine the location of damage by analyzing the parameters of the transient process of emergency operation, so that the repair team is directed exactly to the place damage, and at the same time, consumers were not disconnected from power.

Поставленная задача решается способом, согласно которому выявляют фазу линии с поврежденной изоляцией, замкнувшуюся на землю, замеряют параметры поврежденной фазы, на основании которых находят расстояние до места повреждения, в котором в отличие от прототипа в качестве замеряемых параметров определяют собственную частоту переходного процесса разряда емкости поврежденной фазы ω_dп и собственную частоту переходного процесса подзаряда емкости неповрежденных фаз ω_dн следующие друг за другом амплитуды тока I_m1 и I_m2 разряда поврежденной фазы, напряжение на нейтрали U, а расстояние до места повреждения определяют из соотношения:The problem is solved by the method according to which the phase of the line with damaged insulation is detected that is closed to the ground, the parameters of the damaged phase are measured, based on which the distance to the place of damage is found, in which, unlike the prototype, the natural frequency of the transient discharge process of the damaged tank is determined phase ω _dp and natural frequency transient capacitance charging phase intact ω _DH successive current amplitude I _m1 and I _m2 discharge damaged f zy, the voltage at the neutral U, and the distance to the fault is determined from the relationship:

где L₀ - известное значение погонной индуктивности линииwhere L ₀ - the known value of the linear inductance of the line

С - емкость всей линииC is the capacity of the entire line

Зависимость для определения расстояния до места повреждения найдена расчетным путем на основе следующих соображений. При однофазном повреждении по поврежденной фазе поврежденной линии проходит ток подзаряда емкостей неповрежденных фаз и ток разряда емкости поврежденной фазы (фиг.2 и 3). Имея замеренное значение ω_dп вычисляем индуктивное сопротивление линии на частоте замераThe dependence for determining the distance to the place of damage was found by calculation based on the following considerations. When single-phase damage along the damaged phase of the damaged line passes the charge current of the capacities of the intact phases and the discharge current of the capacitance of the damaged phase (Fig.2 and 3). Having the measured value of ω _dп calculate the inductive resistance of the line at the measurement frequency

Замеряя следующие друг за другом амплитуды тока I_m1 и I_m2, находим активное сопротивлениеMeasuring successive current amplitudes I _m1 and I _m2 , we find the active resistance

При этом известно, чтоMoreover, it is known that

Подставив в обе формулы активное сопротивление и совместно решив их получаем значение L_K, а искомое значение l_K получаем из зависимостиSubstituting the active resistance in both formulas and solving them together, we obtain the value of L _K , and the desired value of l _{K is} obtained from the dependence

отсюда получаем конечный результатfrom here we get the final result

Из анализа патентной и научно-технической литературы авторами не найдено сходного способа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "новизна". В то же время, заявляемый способ не вытекает с очевидностью из уровня техники, поскольку традиционно считалось, что расстояние до места однофазного замыкания на землю в сетях 6-35 кВ по записям тока и напряжения аварийного режима определять невозможно, т.к. величина тока замыкания на землю любой из фаз на любой из линий сети, отходящих от источника питания, не зависит от расположения места замыкания по длине линии и определяется суммарной длиной всех включенных линий сети (см. Кузнецов А.П. Определение мест повреждения на воздушных линиях электропередачи. - М.: Энергоатомиздат, 1989 г, с.94). С помощью заявляемого способа найдена возможность по замеренным параметрам переходного процесса при повреждении оперативно определять место этого повреждения, т.е. зяаляемый способ опровергает общепринятое утверждение, что позволяет считать его соответствующим критерию "изобретательский уровень".From the analysis of patent and scientific and technical literature, the authors have not found a similar method, which allows us to conclude that the criterion of "novelty." At the same time, the claimed method does not follow from the prior art, since it was traditionally believed that the distance to the place of a single-phase earth fault in 6-35 kV networks cannot be determined from the records of current and voltage of the emergency mode, because the value of the earth fault current of any phase on any of the network lines extending from the power source does not depend on the location of the fault location along the line length and is determined by the total length of all connected network lines (see A. Kuznetsov. power transmission. - M.: Energoatomizdat, 1989, p. 94). Using the proposed method, it was possible to quickly determine the location of this damage by the measured parameters of the transient process in case of damage, i.e. The claimed method refutes the generally accepted statement, which allows us to consider it consistent with the criterion of "inventive step".

Опытная проверка заявляемого устройства в реальных условиях показала, что с момента поступления первого сигнала о наличии повреждения до выезда ремонтников на место с учетом организационных мероприятий проходит не более 10-15 минут, из них определение расстояния до места повреждения занимает не более нескольких секунд. При этом используются контрольно-измерительные приборы, изготовленные на основе серийно выпускаемой элементной базы, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого способа критерии, "промышленная применимость".An experimental verification of the claimed device in real conditions showed that from the moment the first signal about the presence of damage arrives before the repairmen left for the place, taking into account organizational measures, it takes no more than 10-15 minutes, of which determining the distance to the place of damage takes no more than a few seconds. In this case, control and measuring devices made on the basis of a commercially available element base are used, which allows us to conclude that the proposed method meets the criteria of "industrial applicability".

На фиг.1 представлена схема устройства для реализации заявляемого способа; на фиг.2 - контур прохождения токов разряда; на фиг.3 - контур прохождения токов подзаряда.Figure 1 presents a diagram of a device for implementing the proposed method; figure 2 - contour of the passage of discharge currents; figure 3 - contour of the passage of charging currents.

Устройство для реализации данного способа состоит из фильтра напряжения нулевой последовательности 1, выход которого соединен со входом фильтра напряжения 2, первый выход которого соединен со входом первого компаратора 3, а второй выход - с первым входом фазочувствительного выпрямителя 4. Устройство содержит также фильтр тока нулевой последовательности 5, выход которого соединен со входом фильтра тока 6, первый выход которого соединен со входом второго компаратора 7, а второй выход соединен со вторым входом фазочувствительного выпрямителя 4, выход которого соединен со входом одновибратора 8, выход которого соединен с первым входом устройства анализа и отображения информации, в качестве которого использована ЭВМ 9, второй и третий входы которого соединены с выходами первого 3 и второго 7 компараторов.A device for implementing this method consists of a zero-sequence voltage filter 1, the output of which is connected to the input of the voltage filter 2, the first output of which is connected to the input of the first comparator 3, and the second output - to the first input of the phase-sensitive rectifier 4. The device also contains a zero-sequence current filter 5, the output of which is connected to the input of the current filter 6, the first output of which is connected to the input of the second comparator 7, and the second output is connected to the second input of the phase-sensitive rectifier 4, whose output is connected to the input of monostable multivibrator 8, the output of which is connected to the first input device and display analysis, which is used as a computer 9, second and third inputs connected to the outputs of the first 3 and second 7 comparators.

Реализация способа определения места повреждения электрической сети напряжения 6(10) - 35 кВ с изолированной или компенсированной нейтралью осуществляется следующим образом. На фильтр напряжения нулевой последовательности 1 и фильтр тока нулевой последовательности 5 поступает первичная информация о напряжении Ua, Ub, Uc и токе ia, ib, ic всех трех фаз. Фильтры 2 и 6 подавляют величины напряжения и тока промышленной частоты и пропускают гармонические составляющие переходного процесса. Первый компаратор 3 и второй компаратор 7 производят оцифровку сигналов и определение собственной частоты переходного процесса. Фазочувствительный выпрямитель 4 определяет знак импульса тока и напряжения, а одновибратор 8 отделяет положительную полуволну для дальнейшей обработки, которую в соответствии с вышеприведенной зависимостью программно осуществляет ЭВМ 9, выдавая конечный результат на экран дисплея.The implementation of the method for determining the place of damage to the electric network voltage 6 (10) - 35 kV with isolated or compensated neutral is as follows. The zero-sequence voltage filter 1 and the zero-sequence current filter 5 receive primary information about the voltage Ua, Ub, Uc and current ia, ib, ic of all three phases. Filters 2 and 6 suppress the voltage and current of industrial frequency and pass the harmonic components of the transition process. The first comparator 3 and the second comparator 7 digitize the signals and determine the natural frequency of the transient. The phase-sensitive rectifier 4 determines the sign of the current pulse and voltage, and the single-shot 8 separates the positive half-wave for further processing, which, in accordance with the above dependence, is carried out by the computer 9, giving the final result on the display screen.

Claims

The method for determining the place of damage to the electric network of voltage 6 (10) - 35 kV with isolated or compensated neutral, according to which the phase of the line with damaged insulation is detected, which is closed to the ground, the parameters of the damaged phase are measured, based on which the distance to the place of damage is determined, characterized in that as measured parameters determine the natural frequency of the transient process of discharge of the capacitance of the damaged phase ω _dп and the natural frequency of the transient process of recharging the capacity of intact fa z ω _dn , successive amplitudes of the current I _m1 and I _{m2 of the} discharge of the damaged phase, the voltage on the neutral U, and the distance to the place of damage is determined from the ratio

where L ₀ is the known value of the linear inductance of the line;

C is the capacity of the entire line.