Способ определения расстояния до места однофазного замыкания на землю в воздушной сети с изолированной нейтралью и устройство для его осуществления

(21) (22) (46) (71) тут к ни инс ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИ 4253397/24-2101.06.8707,05.89. Бюл, Н 17Московский энергетич(56) Авторское свидетельство СССР Р 353206, кл. С 01 К 31/08, 1971.Авторское свидетельство СССР Р 1037370, кл. С 01 В 31/08, 1982. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАССТОЯНИЯ ДО МЕСТА ОДНОФАЗНОГО ЗАМНКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ В ВОЗДУШНОЙ СЕТИ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 57) Изобретение может быть испольовано для целей определения расстояия до места однофазного замыкания на землю в воздушнои сети с изолированной нейтралью. Целью изобретенияявляется повышение точности определения расстояния до места однофазногозамыкания при больших значениях переходного сопротивления в месте повреждения. Для проведения измерений определяют поврежденную фазу органом 13выявления поврежденной фазы, создаюткратковременное двойное замыкание наземлю одной из неповрежденных фаз спомощью одного из коммутационныхэлементов 1-3 через токоограничивающий элемент 7, измеряют в режимедвойного замыкания на землю на шинах1478168 подстанции фазное напряжение поврежденной фазы и токи отходящих от шинприсоединений и выявляют по значениям измеренных токов поврежденноеприсоединение. В режиме, предшествующем однофазному замыканию на землю,определяют с помощью блоков 31 и 32вычисления суммарных поперечных параметров нулевой последовательности величину емкостной проводимости каждогоиз присоединений, подключенных к шинам подстанции, и запоминают в блоках33, 34 памяти, Измеренные и известныепараметры - напряжение поврежденнойфазы, фазный ток, ток нулевой послеИзобретение относится к измери1тельной технике и, в частности, связано с проблемой определения расстояния до места однофазного замыкания5на землю в воздушной сети с изолированной нейтралью,Целью изобретения является повышение точности определения расстояниядо места однофазного замыкания прибольших значениях переходного сопротивления в месте повреждения, путемкорректировки величины сопротивления ,нулевой последовательности схемы, соответствующей режиму двойного 15замыкания на землю, в котором определяется неизвестное расстояние,Сущность способа заключается втом, что в предаварийном режиме измеряют токи прямой последовательности 20контролируемых присоединений, и вслучае превышения ими уставки осуществляют искусственное однофазноезамыкание на контур подстанции дляизмерения напряжения нулевой последовательности и токов нулевой последовательности присоединений, затемпо измеренным величинам определяютемкостные проводимости нулевой последовательности линий, подключенных 30к контролируемым присоединениям, ликвидируют искусственное однофазноезамыкание и запоминают полученныезначения емкостных проводимостей,При возникновении естественного однофазного замыкания на землю на оддовательности, значения коэффициента компенсации, продольных параметровпрямой и нулевой последовательностей,поперечных параметров нулевой последовательности, сопротивления системынулевой последовательности, присоединенной к поврежденному присоединению,подводятся к входам органа 9 определения расстояния, Определение расстояния до места однофазного замыканияна землю проводят, осуществляя последовательные итерационные расчетыс учетом емкостной проводимости поврежденного присоединения, 2 с,и 1 з.п,ф-лы, 1 ил. ном из контролируемых присоединений выявляют поврежденную фазу, замыкают одну из неповрежденных фаз сети, и в этом режиме измеряют напря жение поврежденной фазы и фазные токи присоединений, по максимальному току определяют поврежденное присоединение, В этом режиме измеряют напряжение и ток нулевой последовательности поврежденного присоединения. По измеренным величинам вычисляют расстояние до места однофазного замыкания на землю.На чертеже представлена блок-схема устройства, реализующего указанный способ определения расстояния до места однофазного замыкания на землю в воздушной сети с изолированной нейтралью.Устройство содержит коммутационные элементы 1-3, фазы 4-6 шин подстанции, токоограничивающий элемент 7, коммутационный элемент 8, блок 9 определения расстояния до места однофазного замыкания на землю, блок 10 пофазного включения поврежденной фазы (БПВПФ), блок 11 пофазного включения неповрежденной фазы (БПВНФ), блок 12 блокировки на время проведения замера (ББ), орган 13 выявления поврежденной фазы (ОВПФ), блок 14 сбора текущей информации, указатель 15 поврежденного присоединения, максиселектор 16, первичные преобразователи 17-22 тока присоеди 147816820 нений, первичный преобразователь 23 напряжения, Фильтр 24 напряжения пря мой последовательности, фильтр 25 напряжения нулевой последовательности, элемент И-НЕ 26, фильтры 27 и 285 тока нулевой последовательности присоединений, орган 29 контроля гредаварийного режима, исполнительный элемент 30, блоки 31 и 32 вычисления емкостных проводимостей, блоки 33 и 34 памяти, блок 35 ввода данных, мультиплексоры 36-38, элемент ИЛИ 39 При этом коммутационные элементы 1-3, соединенные В звезду, под ключают фазы 4-6 через токоограничивающий элемент 7, зашунтированный коммутационным элементом 8, на контур заземления, в то же время к фазам 4-6 параллельно подключены входы блока 23 первичного преобразователя напряжения и входы фильтров 27 и 28 тока нулевой последовательности присоединений, первый и второй выходы блока 23 первичного преобразователя 25 напряжения через Фильтры 24 и 25 напряжения прямой и нулевой последовательности подключены к входам органа 13 выявления поврежденной фазы, первый и второй выходы которого соответственно присоединены к первому входу блока 10 пофазного включения поврежденной фазы и первому входу блока 12 блокировки, второй и третий входы которого соответственно подключены к первому выходу указателя 1535 поврежденного присоединения и первому выходу блока 9 определения расстояния, а первый, второй и третий выходы - соответственно к цепям релейных защит присоединений, второму входу блока 10 БПВПФ и входу блока 11 БПВНФ, первые выходы которых подключены к управляющим входам коммутационных элементов, второй и третий вы ходы блока 11 БПВНФ соответственно присоединены к управляющему входу коммутационного элемента 8 и первому входу максиселектора 16, кроме того, второй выход блока 11 БПВНФ подключен к первому входу элемента ИЛИ 39, второй вход которого подключен к выходу блока 10 БПВПФ, выход элемента ИЛИ 39 подключен к входу исполнительного элемента 30, выход которого подключен к второму входу элемента И-НЕ 26,55 второй и последующие входы максиселектора 16 присоединены к выходам первичных преобразователей 17-22 тока присоединений, а его выход соответственно присоединен к входу указателя 15 поврежденного присоединения, второй выход которого присоединен к первому входу блока 14 текущей информации, второй и третий входы которого соответственно присоединены к второму выходу блока 9 определения расстояния и третьему выходу органа 13 выявления поврежденной фазы, входные цепи органа 29 контроля предаварийного режима подключены к выходам первичных преобразователей 7-22 тока присоединений, а его выход через исполнительный элемент 30 соединен с управляющим входом коммутационного элемента 3, третий вход блока 14 сбора текущей информации присоединен к информационному входу первого мультиплексора 36 и информационному входу второго мультиплексора 37, к второму информационному входу второго мультиплексора 37 присоединен второй выход указателя 15 поврежденного присоединения и информационный вход третьего мультиплексора 38, причем измерительные входы мультиплексора 37 присоединены соответственно к выходам первичных преобразователей 17-22 тока присоединений, а измерительные входы мультиплексора 38 присоединены к выходам фильтров 27 и 28 тока нулевой последовательности, информационный вход первого мультиплексора 36 присоединен к третьему выходу первичного преобразователя 23 напряжения, выходы мультиплексоров 36-38 присоединены соответственно к первому, второму и третьему входам блока 9 определения расстояния, а к его входам с четвертого по десятый соответственно присоединены с первого по седьмой выходы первого блока 33 памяти, к первому и второму входам блока 33 памяти подключены соответственно выходы первого и второго блоков 31 и 32 вычисления емкостных проводимостей, к третьему входу блока 33 памяти подключен второй выход указателя 15 поврежденного присоединения, а выход блока 35 ввода данных присоединен к четвертому входу блока 33 памяти и к входу второго блока 34 памяти, первый и второй выходы блока 34 памяти подсоединены соответственно к первым входам блоков 31 и 32 вычисления суммарных поперечных пара метров нулевой последовательности, 5 14781вторые входы которых объединены иприсоединены к выходу фильтра 25напряжения нулевой последовательности и одиннадцатому входу блока 9 определения расстояния, а к третьимвходам этих блоков присоединенысоответственно выходы фильтров 27 и28 тока нулевой последовательностиприсоединений,Устройство, реализующее способ,работает следующим образом.В режиме, предшествующем естественному однофазному замыканию наземлю, изменения сопротивления нулевой последовательности систем, подключенных к контролируемым присоединениям, не происходит. В связи сэтим, коррекция вышеуказанных параметров в схеме нулевой последовательности согласно предлагаемому способу не происходит. В блоках 31 и 32реализуется операция вычисления поперечных (емкостных) проводимостей согласно выражениям 2503:у, =у, +у1С 01 01 Л Скот%, ЛИН фО С 01 ОфЛ 1 ЕОТХ,ЛИНгде Ь в . напряжение нулевой последо- Зр вательности, измеренное на шинах подстанции;о, - ток нулевой последователь ности 1-го присоединения;Усо, - емкостная проводимость нулевой последовательности всей системы, подключенной к шинам;о 1 у болот л- соответственнотемкостные проводимости нулевой последовательности д-го присоединения и 40 подключенной к нему системы линий.В соответствующие ячейки блока памяти 33 при помощи блоков 31 и 32 вычисления, блока 35 ввода данных и блока 34 памяти, в ячейках которого 4 Б хранится информация о поперечных па-, раметрах нулевой последовательности контролируемых присоединений, введена следующая информация: значения продольных параметров прямой и нулевой последовательности контролируемых присоединений (кл, х, ео,) и соответствующие им значения коэффициентов компенсации К, значения поперечных параметров нулевой. последователь- ББ ности контролируемых присоединений УЛ, значения параметров нулевой последовательности систем, подключенных к контролируемым присоединениям 68 6Уд отходящих линий, В указанном режиме блок 29 контроля предаварийногорежима не возбужден, сигнал с его выхода равен нулю, В соответствии сэтим исполнительный элемент 30 не .воздействует на коммутационный элемент 3 и последний находится в разомкнутом состоянии. Изменение информации о параметрах систем нулевойпоследовательности контролируемыхприсоединений, осуществляемой блоками 31 и 32, не происходит, т,е, соответствующая информация в ячейках блока 33 памяти не изменяется, Коммутационные элементы 1, 2, 3 и 8 находятся в отклоненном положении. В случаепоявления "земли", например на фазеодного из присоединений, ОВПФ 13 выявляет поврежденную фазу и вызываетсрабатывание ББ .12, Одновременно ОВПФф 13 воздействует на БПВПФ 10, такимобразом информация о поврежденной фазе сети поступает в блок 14 сбора текущей информации и БПВПФ 10. ОднакоБПВПФ 10 не воздействует на коммутационные элементы 1-3, поскольку ониблокируются сигналом, поступающимс ББ 12. Включение коммутационногоэлемента 2 осуществляется БПВНФ 11по разрешающему сигналу элемента И-НЕ26, которому в данном случае соответствуют логические сигналы нуля иединицы, поступающие соответственнос выхода исполнительного элемента 30и ББ 12, При этом ББ 12 запрещаетдействие релейных защит присоединений и вместе с БПВПФ 10 и БПВНФ 11блокирует коммутационные элементы ,3 и 8. В результате включения коммутационного элемента 2 по контуру:элемент 2 - элемент 7 - "земля"первичный преобразователь 22 тока -фаза 4 - фаза 5 протекает ток двойного замыкания, ограниченный элементом 7, Кроме того, БПВНФ 11 черезэлемент ИЛИ 39 блокирует исполнительный элемент 30. В этот момент начинает свою работу максиселектор 16, который включается БПВНФ 11 только придвойных замыканиях, Максиселектор 16сравнивает между собой сигналы, поступающие с первичных преобразователей 17-22 тока присоединения и приувеличении тока в преобразователе 22относительно первичных преобразователей 20, 21 и 17-19 с помощью указателя 15 выявляет поврежденное присоединение,1478168 Е =20 Число входов максиселектора 16 определяется числом присоединений, Блок 9 определения расстояния начинает свою работу. Необходимые для вычис.5 лений электрические величины, соот-. ветствующие поврежденному присоединению, подводятся к соответствующим входам. Злектрические величины, а именно Г , ток поврежденной фазы 1, ток нулевой последовательности 1 , коэффициент компенсации К и на-. пряжение нулевой последовательности, 1поступают на соответствующие входы, По значениям поступивших сигналов в 15 блоке 9 вычисляются комплексное знаЦ,ю чение сопротивления Е=-- и его1 р+1 о действительная и мнимая части =К Е; Х =1 Е.В результате последовательно выполняемых итераций осуществляется итерационное вычисление расстояния до места однофазного замыкания на землю в соответствии с выражениемХ -К г Ы-р"Гд (о(,-Р)где Ы = агд1 о30Р+ К 1 офФ51 1агя - ч- -- "1 о1 - 1-е приближение тока нулеоцвой последовательности в месте однофазного замыкания,Вычисление расстояния до местаоднофазного повреждения начинаетсяс нулевого приближения при угле= 401(о)= аг 8 в о = О, тогда 11 о Хл;Кл,га1 оа о = агд --- -=сопзг,1 р К 1 оПосле вычисления нулевого приближения расстояния 1 вычисляютсяпервое и последующие приближеныя тока нулевой последовательности 1 о,(1)в месте однофазного повреждения согласно выражениям 50(У -1 + 55ом ол ол ол оотг.лин) фВычисляемое в цикле значение 1используется для вычисления угла ьагц -1 в ;, который используетсяов выражении (1) для вычисления расстояния до места однофазного замыкания на землю. Циклы вычисления повторяются до момента, соответствующе 1( го меньшему значению модуля10) по сравнению с уставкой, После этого сигнал с блока вычисления расстояния поступает на блок 14 сбора текущей информации, Одновременно с этим на ББ 12 с ОВПФ 13 и указатель 15 поступают сигналы об окончании работы этих элементов. Данная информация по воздействию на ББ 12 аналогична той, которая поступает от блока 9 определения расстояния, При этом коммутационный элемент 2 отключается, элементы 1 и 3 разблокируются, а элемент 8 включается, При этом сигнал на первом входе элемента ИЛИ 39 становится равным нулю. Затем БПВПФ 1 О включает коммутационный элемент 3, заблокировав соответственно исполнительный элемент 30, и коммутационные элементы 1 и 2, Таким образом, место замыкания шунтируется и в таком состоянии устройство находится до момента устранения повреждения, Если в режиме, предшествующем замыканию на землю, произошло изменение сопротивления нулевой последовательности систем, подключенных к контролируемым присоединениям, орган 29 контроля предаварийного режима фиксирует это изменение и совместно с элементом ИЛИ 39 воздействует на исполнительный элемент 30, который с выдержкой времени на отключение замыкает коммутационный элемент 3 на время, достаточное для измерения и коррекции указанных параметров блоками 31 и 32 вычисления, Коррекция емкостной проводимости ну-. левой последовательности присоединений осуществляется при измерении тока прямой последовательности хотя бы одного из присоединений. Вычисленное новое значение емкостной проводимости заносится в память, ОВПФ 13 фиксирует замыкание фазы 4 на землю и вызывает срабатывание блока блокировки, Одновременно информация о замкнувшейся фазе поступает на блок 14 текущей информации и БПВПФ 10, Однако БПВПФ 10 на коммутационные элементы 1-3 не воздействует, поскольку он блокируется сигналом, поступающим с.= агд --1 о 10 45 50 роны блока 12 блокировки, Включения коммутационного элемента 2 также не происходит, так как управляющий им БПВНФ 11 блокируется элементом И-НЕ 26. В остальном работа устройства аналогич 5 на вышеизложенной. формула изоб рет ения 1, Способ определения расстояния до места однофазного замыкания на землю в воздушной сети с изолированной нейтралью, включающий определение поврежденной фазы, создание кратко-.временного искусственного двойного замыкания на землю одной из неповрежденных фаз, измерение в режиме двойного замыкания на землю на шинах подстанции фазного напряжения повреж. денной фазы и токов отходящих от шин линий, выявление по значениям измеренных токов поврежденной воздушной линии и определение расстояния до мес та повреждения с учетом измеренных 25 параметров, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности определения расстояния до места однофазного замыкания при больших значениях переходного сопротивления в месте повреждения в режиме, предшествующем естественному однофазному замыканию на землю, определяют и запоминают величину емкостной проводимости каждого из присоединений, а определение расстояния до места однофаз 35 ного замыкания на землю осуществляют с учетом емкостной проводимости поврежденной воздушной линии по формуле- В. оС- Р40Х, - К, а(о- /) где Х и К - мнимая и действительная части выражения; где Б и 1 - напряжение и ток пов-, режденной фазы воздушной линии со стороны измерений;1 - ток нулевой последовательоности воздушной линии с той же стоЯ.о 2Егде Е и Е - удельные продольныеосопротивления воздушной линии соответственно нулевой и прямой последовательности; Х и К - удельные значения реактивной и активной составляющих продольного сопротивления воздушной линии прямой последовательности:1 оМ= аге1 огде 1 - итерационное приближениеойтока нулевой последовательности в месте однофазного замыкания, рассчитанноес учетом запоминаемой величины емкостной проводимости контролируемого присоединения,2Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что измеряют токи прямой последовательности каждого иэ присоединений и при изменении токов прямой последовательности хотя бы в одном из присоединений осуществляют определение емкостной проводимости, для чего. измеряют напряжение нулевой последовательности на шинах подстанции и токи нулевой последовательности.отходящих присоединений.3. Устройство для определения расстояния до места однофазного замыкания на землю в воздушной сети с изолированной нейтралью, содержащее первичный преобразоватс пь напряжения фаз контролируемой сети, фильтры напряжения прямой и нулевой последовательности, орган выявления поврежденной фазы, блок пофазного включения поврежденной фазы, блок блокировки, указатель поврежденного присоединения, блок определения расстояния, имеющий три входа и два выхода, блок пофазного включения поповрежденной фазы, три соединенных в звезду управляемых коммутационных элемента, токо- ограничивающий элемент, четвертый коммутационный элемент, максиселектор, первичные преобразователи тока присоединенийи блок сбора текущей информации, причем к фазам контролируемой сети подключены входы первичного преобразователя напряжения фаз контролируемой сети, а его выходы через фильтры напряжения прямой и нулевой последовательности подключены к входу органа выявления поврежденной фазы, первый и второй выходы которого соответственно присоеди 1478168 12нены к первому входу блока пофаэного включения поврежденной фазы и перному входу блока блокировки, второй и третий входы которого соответственно подключены к первому выходу указателя поврежденного присоединения и первому выходу блока определения расстояния, а первый, второй и третий выходы соответственно к цепям релейных защит присоединений, второму входу блока пофазного включения поврежденной Фазы и входу блока пофазного включения неповрежденной фазы, первые выходы которых подключены к управляющим входам соединенных в звезду коммутационных элементов, общая точка которых через токоограничивающий элемент, зашунтированный четвертым коммутационным элементом подключения на контур заземления, второй и третий выходы блока пофазного включения неповрежденной фазы соответственно подключены к управляющему входу четвертого коммутационного элемента и первому входу максиселектора, второй и последующие входы которого подключены к выходам первичных преобразователей тока присоединений, а его выход соответственно подключен к входу указателя поврежденного присоединения второй выход которого подключен к первому входу блока сбора текущей информации, второй и третий входы которого соответственно подключены к второму выходу блока определения расстояния и третьему выходу органа выявления поврежденной фазы, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности определения расстояния до места однофазного замыкания на землю, дополнительно введены фильтры тока нулевой последовательности по количеству присоединений, орган контроля предаварийного режима, три мультиплексора, два блока памяти, блоки вычисления емкостных проводимостей по количеству присоединений, элемент ИЛИ, элемент К-НЕ, блок ввода данных, причем входные цепи органа контроля, предаварийного режима подключены к выходам первичных преобразователей тока присоединений, а его выход через исполнительный элемент подключен к управляющему входу одного из соединенных в звезду коммутационных элементов, третий вход блока сбора те 5 10 5 20 25 30 35 40 45 50 55 кущей информации подключен к информационному входу первого мультиплексора и информационному входу второгомультиплексора, к второму информационному входу второго мультиплексораподключен второй выход указателя поврежденного присоединения и информационный вход третьего мультиПлексора, при этом измерительные входы второго мультиплексора подключены соответственно к выходам первичных преобразователей тока присоединений, аизмерительные входы третьего мультиплексора подключены к выходам фильтров тока нулевой последовательности,входы которых подключены к фазамконтролируемой сети, информационныйвход первого мультиплексора подключен к третьему выходу первичного преобразователя напряжения, выходы первого; второго и третьего мультиплексоров подключены соответственно кпервому, второму и третьему входаморгана определения расстояния, а кего входам с четвертого по десятыйсоответственно подключены с первогопо седьмой выходы первого блока памяти, к первому и второму входам блокапамяти подключены соответственно выходы блоков вычисления емкостной проводимости, к третьему входу первогоблока памяти подключен второй выходуказателя поврежденного присоединения, а выход блока ввода данных подключен к четвертому входу первогоблока памяти и входу второго блокапамяти, первый и второй выходы второго блока памяти подключены соответственно к первым входам блоков вычисления емкостной проводимости, вторые входы которых объединены и подключены к выходу фильтра нулевой последовательности и одиннадцатому входу блока определения расстояния, а ктретьим входам блоков вычисления емкостной проводимости подключены соответственно выходы фильтров тока нулевой последовательности присоединений, второй выход блока пофазноговключения неповрежденной фазы подключен к первому входу элемента ИЛИ,второй вход которого подключен к выходу блока пофазного включения поврежденной фазы, выход элемента ИЛИподключен к входу исполнительногоэлемента, выход которого подключен квторому входу элемента И-НЕ,