RU2033622C1

RU2033622C1 - Method for fault location and identification in power transmission line using its simulators

Info

Publication number: RU2033622C1
Authority: RU
Inventors: Ю.Я. Лямец; В.И. Антонов; В.А. Ефремов; Г.С. Нудельман; Н.В. Подшивалин
Original assignee: Чувашский государственный университет им.И.Н.Ульянова
Priority date: 1989-05-03
Filing date: 1989-05-03
Publication date: 1995-04-20

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: method involves discrimination of fundamental voltages and currents, application of fundamental voltages to inputs of simulators, measurement of currents at mentioned inputs, and their comparison with discriminated currents, connection of complex load to each simulator at point of suspected fault, adjustment of conductance and conductance of complex loads to values at which fundamental currents at simulator inputs and discriminated line currents coincide, determination of complex load angles, selection of load with zero angle, and assuming that point and character of fault correspond to point of connection of mentioned load and to its conductances. EFFECT: improved accuracy, enlarged functional capabilities. 4 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системной автоматике и релейной защите, и предназначено для реализации в устройствах определения места повреждения линий электропередачи (ЛЭП), в устройствах контроля погасания дуги в ЛЭП, измерительных органах дистанционной защиты. The invention relates to electrical engineering, namely to system automation and relay protection, and is intended for implementation in devices for determining the location of damage to power lines (power lines), in devices for controlling the extinction of an arc in power lines, measuring distance protection bodies.

Известен способ контроля ЛЭП, основанный на так называемых фантомных схемах. Операции, составляющие указанный способ, совершаются над принужденными (синусоидальными) слагаемыми основной частоты напряжений и токов, которые измеряют в линии, затем напряжения подают на модели, измеряют синусоидальные слагаемые токов основной частоты моделей и сравнивают токи линии с токами моделей. A known method of monitoring power lines, based on the so-called phantom schemes. The operations that make up this method are performed on the forced (sinusoidal) terms of the main frequency of voltages and currents, which are measured in the line, then the voltages are applied to the models, the sinusoidal terms of the currents of the main frequency of the models are measured and line currents are compared with the currents of the models.

Этот способ ориентирован только на установление самого факта нарушения нормальной работы линии и не обладает способностью точно (а не по таким косвенным признакам, как входное сопротивление) определять место повреждения [1]
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ определения места и характера повреждения линии электропередачи с использованием ее моделей, согласно которому выделяют напряжения и токи основных гармоник, подают напряжения основных гармоник на входы моделей, измеряют токи на указанных входах и сравнивают их с выделенными токами [2]
Недостатком этого способа является низкая точность, связанная с необходимостью измерений токов и напряжений по обе стороны ЛЭП.This method is focused only on establishing the very fact of violation of the normal operation of the line and does not have the ability to accurately (and not by such indirect signs as input resistance) determine the location of the damage [1]
The closest in technical essence and the achieved result is a method for determining the location and nature of damage to a power line using its models, according to which the voltages and currents of the main harmonics are extracted, the voltage of the main harmonics is applied to the inputs of the models, the currents at these inputs are measured and compared with the selected currents [2]
The disadvantage of this method is the low accuracy associated with the need to measure currents and voltages on both sides of the power line.

Цель изобретения повышение точности за счет сокращения объема необходимой информации путем одностороннего по отношению к ЛЭП измерения входных величин. The purpose of the invention is to increase accuracy by reducing the amount of necessary information by unilateral in relation to the power line measurement of input values.

Это достигается тем, что при способе определения места и характера повреждения линии электропередачи с использованием ее моделей, согласно которому выделяют напряжения и токи основных гармоник, подают напряжения основных гармоник на входы моделей, измеряют токи на указанных входах и сравнивают их с выделенными токами, подключают к каждой модели комплексную нагрузку в месте предполагаемого повреждения, устанавливают активные и реактивные проводимости комплексных нагрузок такими, чтобы токи основных гармоник на входах моделей и выделенных токов линии совпали, определяют углы комплексных нагрузок, выбирают нагрузку с нулевым углом и принимают, что место и характер повреждения соответствуют месту подключения указанной нагрузки и величинам ее активных проводимостей. This is achieved by the fact that with the method of determining the location and nature of damage to the power line using its models, according to which the voltages and currents of the main harmonics are extracted, the voltage of the main harmonics is applied to the inputs of the models, the currents at these inputs are measured and compared with the selected currents, connected to for each model, the complex load at the site of the alleged damage, the active and reactive conductivities of the complex loads are set so that the currents of the main harmonics at the inputs of the models and The line currents coincided, the angles of the complex loads were determined, the load with a zero angle was selected, and it was assumed that the location and nature of the damage corresponded to the location of the indicated load and the values of its active conductivities.

В каждой модели линии отводится присущее только ей одно место, к которому подключают регулируемый источник фазных напряжений. Число моделей определяется необходимой точностью. При программной реализации с интерполированием результатов их количество оказывается не слишком большим: чтобы обеспечить точность до 1 км, достаточно взять модели из расчета одна модель на 10 км линии. Фактически при данном способе каждую модель выполняют из двух частей, образующих каскадное соединение и моделирующих разные части линии, а в совокупности всю линию. Различие моделей проявляется только в том, что у каждой свои части, не встречающиеся у других. Таким образом, каждая модель ориентирована на предсказание повреждения определенного участка линии. Повреждение устанавливают при помощи перечисленных операций над напряжениями и токами, измеренными на входе линии, токами на входах моделей и напряжениями источников, подключенных к местам соединения двух частей каждой модели. In each model of the line, only one place inherent in it is assigned to which an adjustable source of phase voltages is connected. The number of models is determined by the necessary accuracy. In a software implementation with interpolating the results, their number is not too large: to ensure accuracy of up to 1 km, it is enough to take the models at the rate of one model per 10 km of the line. In fact, with this method, each model is made of two parts, forming a cascade connection and modeling different parts of the line, and in the aggregate the entire line. The difference in models is manifested only in the fact that each has its own parts that are not found in others. Thus, each model is focused on predicting damage to a specific section of the line. Damage is established using the above operations on the voltages and currents measured at the input of the line, the currents at the inputs of the models and the voltages of the sources connected to the junction of the two parts of each model.

Возможны ситуации, при которых определение места повреждения по минимуму напряжения источников не дает необходимой точности. Совокупность признаков способа дает полезный эффект в сочетании с такими операциями, которые в неблагоприятных ситуациях, когда минимум напряжения неглубок, гарантируют сколь угодно высокую точность, определяющуюся только точностью задания параметров ЛЭП, а именно освобождает способ от методической погрешности. Операции осуществляются только при том условии, что минимальное напряжение окажется выше принятой уставки. Тогда вместо источников фазных напряжений подключают к моделям фазные комплексные нагрузки, устанавливают их активные и реактивные проводимости такими, чтобы основные гармоники токов на входах моделей и линии совпали, измеряют эти проводимости, сравнивают активные проводимости с уставкой (по проводимости), выбирают модели, у которых активная проводимость превышает уставку, определяют углы нагрузок, выбирают нагрузку с минимальным углом, а в заключение принимают, что место повреждения линии соответствует месту подключения указанной нагрузки, и судят о характере повреждения линии по соотношению проводимостей фаз указанной нагрузки. There may be situations in which determining the location of damage by minimizing the voltage of the sources does not provide the necessary accuracy. The set of features of the method gives a useful effect in combination with operations that, in adverse situations, when the minimum voltage is shallow, guarantee an arbitrarily high accuracy, determined only by the accuracy of setting the power transmission line parameters, namely, it relieves the method of methodological error. Operations are carried out only under the condition that the minimum voltage is higher than the accepted setting. Then instead of phase voltage sources, phase complex loads are connected to the models, their active and reactive conductivities are set so that the main harmonics of the currents at the inputs of the models and lines coincide, these conductivities are measured, the active conductivities are compared with the setpoint (by conductivity), models are selected for which active conductivity exceeds the set point, determine the angles of the loads, select the load with a minimum angle, and finally accept that the place of damage to the line corresponds to the connection point indicated on loads, and judge the nature of line damage by the ratio of the phase conductivities of the specified load.

Существует также и иная модификация операций, осуществляемых тогда, когда минимальное напряжение оказывается выше уставки. В этой модификации ориентируются на использование аварийных слагаемых напряжений и токов (здесь под аварийной слагаемой понимается разность между напряжениями или токами в аварийном и предаварийном режимах): в предаварийном режиме фиксируют (запоминают) основные гармоники напряжений и токов на входе линий и напряжений в избранном месте каждой модели, определяют разности основных гармоник напряжений и токов на входе линии в аварийном и предаварийном режимах, подают разностное напряжение на входы моделей, устанавливают напряжения источников равными соответствующим напряжениям до аварийного режима, включают комплексные нагрузки последовательно с источниками и устанавливают проводимости фаз нагрузки такими, чтобы основные гармоники токов на входах моделей совпали с разностными токами. There is also another modification of the operations carried out when the minimum voltage is higher than the setting. This modification focuses on the use of the emergency components of voltages and currents (here, the emergency term refers to the difference between the voltages or currents in the emergency and pre-emergency modes): in the pre-emergency mode, the main harmonics of the voltages and currents at the input of the lines and voltages are recorded in a selected place of each models, determine the differences between the main harmonics of voltages and currents at the input of the line in emergency and pre-emergency modes, apply the differential voltage to the inputs of the models, set the voltage nicks equal voltages corresponding to emergency operation comprise complex load in series with the sources and establish conduction phase load such that the basic harmonic currents on the inputs patterns coincided with difference currents.

Для тех случаев, когда ЛЭП можно считать симметричной, можно выполнять модели частей линии в виде четырехполюсников нулевой последовательности и безнулевых фазных составляющих. For those cases where power lines can be considered symmetrical, it is possible to perform models of the line parts in the form of four-terminal circuits of zero sequence and non-zero phase components.

На фиг. 1 изображены входы ЛЭП, на которых измеряются напряжения и токи; на фиг. 2 показаны модели первых частей ЛЭП; на фиг. 3 полные модели ЛЭП, состоящие каждая из двух частей за исключением одной модели, относящейся ко всей линии в целом; на фиг. 4 те же модели из двух частей сначала в предаварийном режиме, а затем в виде схем для аварийных слагаемых. In FIG. 1 shows the power line inputs on which voltages and currents are measured; in FIG. 2 shows models of the first parts of power lines; in FIG. 3 complete models of power lines, each consisting of two parts, with the exception of one model related to the entire line as a whole; in FIG. 4 the same two-part models, first in pre-emergency mode, and then in the form of diagrams for emergency components.

С входов 1 реальной линии снимаются фазные напряжения 2 и токи 3. Выделяют и используют их основные гармоники. The phase voltages 2 and currents 3 are removed from the inputs 1 of the real line. The main harmonics are extracted and used.

Схемы по фиг. 2 моделируют отрезки линии, начиная от ее входа, все разной длины. Модели 4, 5 изображены прямоугольниками, ширина которых соответствует длине моделируемых участков. На входы 6 всех моделей подается напряжение источника 7, равное [

(о)] а измеряются их разные входные токи 8, 9, равные соответственно [

(o)] [

(o)] где p и q номера моделей. Каждая модель на фиг. 2 представляет собой 2n полюсник; для трехфазной одноцепной ЛЭП 8-полюсник, зажимы которого соответствуют точкам проводов линии и земли. К выходам моделей на фиг. 2 подключены регулируемые источники 10, 11. Их напряжения обозначим [

(x_p)] [

(x_q)] где x_p x_q координаты соответствующей точки линии.The circuitry of FIG. 2 model line segments, starting from its entrance, all of different lengths.

Models

4, 5 are shown in rectangles, the width of which corresponds to the length of the simulated sections. The inputs of all 6 models are supplied with a voltage of source 7 equal to [

(o)] and their

different input currents

8, 9 are measured, equal respectively [

(o)] [

(o)] where p and q are model numbers. Each model in FIG. 2 represents a 2n pole; for a three-phase single-circuit power line, an 8-pole, the clamps of which correspond to the points of the line and ground wires. To the outputs of the models in FIG. 2 connected regulated sources 10, 11. Their voltage is denoted by [

(x _p )] [

(x _q )] where x _p x _{q are the} coordinates of the corresponding point on the line.

На фиг. 3 показана модель 12 всей линии, к входным зажимам 13 которой приложено напряжение источника 14 предварительного режима [

(о)] а к выходам 15 напряжение источника 16 [

(i)] подобранное так, что ток 17 на входе модели 12 совпадает с током 3 на входе линии в предварительном режиме [

(о)] Остальные модели на фиг. 3 составлены каждая из двух частей начальных частей линии модели 4, 5 и конечных частей линии модели 18, 19. Входы 6 всех этих моделей объединены и к ним приложено напряжение источника 7 аварийного режима [

(o)] Выходы 15 вообще всех моделей объединены, т.е. источник 16 напряжений [

(i)] является общим для всех них. К промежуточным точкам моделей на фиг. 3 подключены комплексные [Y(x)] нагрузки 20, 21, содержащие переменные резисторы 22, 23 и дроссели или конденсаторы 24, 25.In FIG. 3 shows a model 12 of the entire line, to the input terminals 13 of which the voltage of the preliminary mode source 14 is applied [

(o)] and to the outputs 15, the voltage of the source 16 [

(i)] selected so that the current 17 at the input of the model 12 coincides with the current 3 at the input of the line in the preliminary mode [

(o)] The remaining models in FIG. 3, each of the two parts of the initial parts of the line of

model

4, 5 and the terminal parts of the line of

model

18, 19 is composed. The inputs 6 of all these models are combined and the voltage of the emergency source 7 is applied to them [

(o)] Outputs 15 of all models in general are combined, that is, 16 voltage source [

(i)] is common to all of them. To the intermediate points of the models in FIG. 3 connected complex [Y (x)]

load

20, 21, containing

variable resistors

22, 23 and inductors or

capacitors

24, 25.

На фиг. 4, а все модели линии работают в том же предаварийном режиме, что и модель 12 на фиг. 3. Источники 14, 16 в этих схемах действуют одинаково. Но предназначение схем разное. Модель 12 нужна только для определения источников 16. В схемах на фиг. 4, а части моделей 4 и 18, 5 и 19 разделены с целью измерения промежуточных напряжений источников 26, 27 предаварийного режима [

(х)] Схема на фиг. 4, б повторяет модель с выделенным местом х_p, но с зашунтированными входами 6 и выходами 15. В эту схему введены источники 28 напряжений [

(х_p)] а последовательно с ними комплексные нагрузки 20 того же состава, что и на фиг. 3.In FIG. 4, and all line models operate in the same pre-emergency mode as model 12 in FIG. 3.

Sources

14, 16 in these schemes operate identically. But the purpose of the schemes is different. Model 12 is only needed to identify sources 16. In the diagrams in FIG. 4, and parts of

models

4 and 18, 5 and 19 are separated to measure the intermediate voltages of the

sources

26, 27 of the emergency mode [

(x)] The circuit of FIG. 4b repeats the model with the allocated space x _p , but with shunted inputs 6 and outputs 15. The voltage sources 28 are introduced into this circuit [

(x _p )] and sequentially with them complex loads 20 of the same composition as in FIG. 3.

Предположим, что модели 4, 5 уравновешены, т.е. токи 8, 9 совпадают с основной гармоникой токов 3, но все фазные и линейные напряжения источников 10, 11 оказались выше уставки. Подобная ситуация может сложиться при достаточно больших переходных сопротивлениях в месте КЗ. Тогда выполняют дальнейшие операции на полных моделях 12 линии, а также моделях 4 и 18, 5 и 19. Модель 12 непосредственно с поиском повреждения не связана, а предназначена для запоминания предварительного напряжения на выходе ЛЭП. Suppose that models 4, 5 are balanced, i.e. currents 8, 9 coincide with the main harmonic of currents 3, but all phase and linear voltages of sources 10, 11 were higher than the set point. A similar situation can occur with sufficiently large transient resistances at the fault location. Then carry out further operations on the full line models 12, as well as models 4 and 18, 5 and 19. Model 12 is not directly related to the search for damage, but is designed to store the prestress at the power line output.

Для определения координаты х места повреждения сравнивают активную и реактивную проводимости всех фаз комплексных нагрузок 20, 21. Прежде всего сравнивают активные проводимости G_п(х) с уставкой (порогом) G_уст, отсекающей величины 1/G_п(х) в сотни омов, которые могут получиться как результат погрешностей моделирования. Отбирают только те значения G_п(х), которые отвечают условию G_п(х) > G_уст. Затем сравнивают углы нагрузок Y_п(х) arctg B_п(х)/G_п(х), или, что проще, отношения B_п(х)/G_п(х), выбирая наименьшее из них, т.е. наиболее близкое к нулевому уровню. Предположим, что у p-й модели 4 и 18 обнаружится, что для ее уравновешивания необходимо подключить практически чисто активную нагрузку (резистор 22) указанной фазы, а в подключении нагрузок 20 к остальным фазам необходимость не возникает. Из такой ситуации делается вывод об однофазном КЗ в одной фазе на расстоянии х_p от начала линии. Если же обнаружится, что модель уравновешивают две активные нагрузки, подключенные к двум фазам, то это укажет на двухфазное КЗ. Является ли оно земляным или чисто междуфазным, укажет напряжение между земляными (нижними) выводами моделей 4, т.е. между нейтралями источников 7 и нагрузок 20. В последнем случае это напряжение должно быть пренебрежимо мало.To determine the x coordinate of the damage site, the active and reactive conductivities of all phases of the complex loads 20, 21 are compared. First of all, the active conductivities G _p (x) are compared with the setpoint (threshold) G _mouth , which cuts off 1 / G _p (x) in hundreds of ohms, which may result from simulation errors. Select only those values of G _n (x), which meet the condition G _n (x)> G _word. Then, the load angles Y _p (x) arctan B _p (x) / G _p (x), or, more simply, the ratio B _p (x) / G _p (x) are compared, choosing the smallest of them, i.e. closest to zero. Suppose that for the p-th model 4 and 18, it is found that for its balancing it is necessary to connect an almost purely active load (resistor 22) of the specified phase, and there is no need to connect the loads 20 to the other phases. From this situation, a conclusion is drawn about a single-phase fault in one phase at a distance x _p from the beginning of the line. If it turns out that the model is balanced by two active loads connected to two phases, then this will indicate a two-phase short circuit. Whether it is earthy or purely interphase, the voltage between the earth (lower) terminals of models 4 will indicate, i.e. between the neutrals of sources 7 and loads 20. In the latter case, this voltage should be negligible.

Claims

METHOD FOR DETERMINING THE LOCATION AND CHARACTER OF A DAMAGE TO THE ELECTRIC TRANSMISSION LINE USING ITS MODELS, according to which the voltages and currents of the main harmonics are extracted, the main harmonics are supplied with voltage, measure the currents at the indicated inputs and compare them with the selected currents, which differs from each model complex load at the site of the alleged damage, the active and reactive conductivities of the complex loads are set so that the currents of the main harmonics at the inputs of the models and then s line coincided define angles complex loads, the load from the selected zero angle and assumed that the place and nature of the damage to the connection point of said match load values and its active conductivities.