LV13026B - Indicator of earth short circuit location in single-phase power lines - Google Patents

Abstract

The present invention refers to the field of electrical power engineering, especially to indicators of earth short circuit location in single-phase power lines. Its purpose is to develop an universal indicator for earth short circuit location suitable for use in single-phase power lines where neutral conductor is insulated, compensated and resistible. In transformer station of power line there is mounted a separate unit or units (A) including in series connection a sensor (1) of zero sequence current, a filter (2) of the first harmonic and a comparator (3) or current, which are connected to the first input of a comparator (4) of phases, an output of a comparator (4) being connected to an executive unit (5). A receiver (11) of voltage phase is connected to the other output of a comparator (4) of phases, but in power source central station there is mounted an unit or units (B) consisting in series connection of zero sequence voltage sensor 6, filter 7 of the first harmonic and voltage comparator (8) connected to a transmitter (9) of voltage phase, which via a telecommunication channel (10) transmits measurements of zero sequence to the receiver (11) of voltage phase.

Description

Izgudrojums attiecas uz elektroenerģētikas nozari, it īpaši uz elektrisko līniju bojājuma vietas uzrādītājiem.The invention relates to the electric power industry, and in particular to the pointers of the failure of electric lines.

Elektriskās līnijas, tai skaitā tās, kas strādā neitrāles darba režīmā, Latvijā un daudzās pasaules valstīs tiek plaši izmantotas. Ekspluatācijas gaitā elektriskos tīklos ir iespējami bojājumi gan starpfažu īsslēgumu, gan zemesslēgumu veidā. Ar nolūku fiksēt, kurā no atejošām līnijām ir bojājums, apakšstacijās tiek uzstādīti attiecīgi releji. Bet lai noteiktu, kurā atejošās līnijas posmā starp transformatoru punktiem ir bojājums, ir nepieciešams pielietot bojājuma vietas uzrādītājus, kas spēj reaģēt uz elektriskā tīkla parametru izmaiņām bojājuma brīdī. Bojājuma vietas uzrādītāji, kas reaģē uz īsslēgumiem, un kas paredzēti gaisvadu līniju un kabeļu tīkliem ar dažādiem tīkla neitrāles darba režīmiem, ir zināmi.Power lines, including those operating in neutral mode, are widely used in Latvia and many countries around the world. During operation, electrical networks may be damaged in the form of short circuits or earthing. Relays are installed in substations to record which outgoing line is defective. But in order to determine at which point of the outgoing line between transformer points there is a fault, it is necessary to use fault location indicators that are capable of reacting to changes in the electrical network parameters at the time of the fault. Short circuit fault response indicators for overhead line and cable networks with different network neutral operating modes are known.

Piemēram, ir zināmi dažādu firmu izgatavotie kabeļu līniju zemesslēguma vietas uzrādītāji, piemēram, Norvēģijas firmas “Nortroll” ražotais uzrādītājs “Cabletroll 2700” u.c. Šo uzrādītāju plaši izmanto kabeļu līniju īsslēgumu un zemesslēgumu noteikšanai. Izolētas neitrāles tīklos, kur vienfāzes zemesslēguma strāva bojātajā līnijā, proti, nullsecības strāva pārsniedz nebojātās līnijas kapacitatīvo strāvu, zemesslēguma vieta tiek fiksēta ar nullsecības strāvmaiņa palīdzību, t.i., ja nullsecības strāva ir lielāka par iestatīto vērtību, tad tiek uzrādīts zemesslēgums. Šī zemesslēguma vietas uzrādītāja galvenais trūkums ir tāds, ka ar to nevar noteikt zemesslēguma vietu kompensētas neitrāles kabeļu tīklos, jo tajos bojātās līnijas zemesslēguma strāva ir mazāka par nebojātās līnijas nullsecības strāvu.For example, there are well-known cable breakers made by various companies, such as the Cabletroll 2700 manufactured by the Norwegian company Nortroll, and so on. This indicator is widely used to identify short circuits and earthing in cable lines. In isolated neutral networks, where the single-phase earth-fault current in the fault line, i.e. the zero-current current exceeds the capacitive current of the undamaged line, the earth-fault location is fixed by the zero-current transformer, i.e., if the zero-current is higher than the set value. The main disadvantage of this earth fault locator is that it cannot determine the earth fault location in compensated neutral cable networks because the earth fault current of the damaged line is less than the zero-current of the undamaged line.

Ir zināmi gaisvadu līniju zemesslēguma vietas uzrādītāji, piemēram, Norvēģijas firmas “Nortroll” ražotais uzrādītājs “LT 3500”. Šis uzrādītājs ir virzītās darbības uzrādītājs un par sensoriem zemesslēguma strāvas fiksēšanai kalpo horizontāli novietota spole, kas reaģē uz magnētiskā lauka indukcijas horizontālās komponentes izmaiņu, kas atbilst līnijas nullsecības strāvai, un elektriskā lauka devējs, kas reaģē uz elektriskā lauka intensitātes vertikālās komponentes izmaiņu, kas atbilst tīkla nullsecības spriegumam. To uzstāda gaisvadu līniju balstos noteiktāThere are known overhead line pointers, such as the LT 3500 manufactured by the Norwegian company Nortroll. This indicator is a directional action indicator and serves as sensors for ground current detection by a horizontally located coil that responds to a change in the horizontal component of the magnetic field induction corresponding to line zero current, and an electric field sensor that responds to a vertical component in the electric field intensity mains zero voltage. It is installed on the overhead line supports specified

-2attālumā no vadiem. Atkarībā no leņķa lieluma izmaiņām starp nullsecības spriegumu un nullsecības strāvu, tiek noteikta zemesslēguma vieta. Šī zemesslēguma vietas uzrādītāja trūkums ir tāds, ka tā konstruktīvos īpatnību dēj to nevar pielietot kabeļu tīklos.-2distance from wires. Depending on the change in angle magnitude between zero-voltage and zero-current, a grounding point is determined. The disadvantage of this earth fault locator is that, due to its constructive nature, it cannot be used in cable networks.

Ir zināmi jaudas virziena releji, piemēram, SIEMENS firmas relejs “SIPROTEC”, ABB firmas relejs REF 541 u.c., kurus plaši pielieto apakšstacijās, zemesslēgumu noteikšanai līnijās. Tas tiek panākts pēc nullsecības sprieguma un nullsecības strāvas fāžu salīdzināšanas principa. Kā nullsecības sprieguma devēji šajā gadījumā tiek izmantoti trisfāžu spriegummaiņi, kuru primārie tinumi ir savienoti ar zemi, bet kā nullsecības strāvas devēji - kabeļu nullsecības strāvmaiņi, piemēram, “feranti” tipa strāvmaiņi. Šo releju izmantošana vienfāzes zemesslēguma vietas noteikšanai transformatoru punktos nav rentabla, jo kā nullsecības sprieguma devēji jāizmanto trisfažu spriegummaiņi, kurus neuzstāda transformatoru punktos sakarā arto lielajām izmaksām. Jaudas virziena relejs ir izvēlēts par izgudrojuma prototipu.Power direction relays are known, such as SIEMENS "SIPROTEC" relay, ABB REF 541 relay, etc., which are widely used in substations for earth fault detection. This is achieved by the principle of comparing phase-to-phase voltage with phase-to-phase current. Three-phase voltage converters with primary windings connected to ground are used as zero-voltage voltage transducers in this case, and cable-neutral zero-voltage current transducers, such as ferrant type, are used as zero-voltage current transducers. The use of these relays for single-phase earthing at transformer points is not cost-effective since three-phase voltage converters that are not installed at transformer points due to the high cost need to be used as zero-voltage voltage transducers. The power directional relay is chosen as a prototype of the invention.

Izgudrojuma mērķis ir radīt universālu elektrisko līniju vienfāzes zemesslēguma vietas uzrādītāju, ar kuru varētu noteikt vienfāzes zemesslēguma vietu gan izolētas, gan kompensētas, gan rezistīvzemētas neitrāles elektriskajos tīklos un kura izmaksas būtu pietiekami zemas, lai tos būtu rentabli lielā skaitā uzstādīt tīkla transformatoru punktos vai gaisvadu līniju balstos.The object of the invention is to provide a universal single-phase earth leakage indicator for electric lines, which can determine single-phase earth leakage in both isolated, compensated and resistive earthed electrical networks and at low cost to be installed in a large number of network transformer points or overhead lines. supports.

Izgudrojuma mērķis tiek sasniegts ar to, ka, elektrisko līniju vienfāzes zemesslēguma vietas uzrādītājs, kas satur fāžu komparatoru, kura viena ieeja saistīta ar nullsecības strāvas devēju, kas saslēgts virknē ar pamatharmonikas filtru un strāvas komparatoru, bet otra ieeja saistīta ar nullsecības sprieguma devēju, kas saslēgts virknē ar pamatharmonikas filtru, saskaņā ar izgudrojumu raksturojas ar to, ka fāžu komparators ar nullsecības strāvas devēju, pamatharmonikas filtru un strāvas komparatoru ir izveidots atsevišķa bloka vai bloku veidā, kas var tikt izvietots transformatoru punktos vai uz gaisvada līniju balstiem, bet nullsecības sprieguma devējs ar pamatharmonikas filtru un sprieguma komparatoru ir izveidots centralizēta bloka vai bloku veidā, kas var tikt izvietots visa tīkla barošanas centrā. Pie tam bloks vai bloki, kurā ietilpst nullsecības sprieguma devējs, ir apgādāts ar sprieguma fāzes raidītāju, bet bloks vai bloki, kurā ietilpst fāžu komparators ar nullsecības strāvas devēju, ir apgādāts ar sprieguma fāzes uztvērēju, kas saistīts arThe object of the present invention is achieved by the fact that a single-phase earth-fault detector of electric lines comprises a phase comparator having one input connected to a zero-current filter connected in series with a basic harmonic filter and a current comparator and a second input connected to a zero-voltage voltage sensor connected in series with a fundamental harmonic filter, according to the invention, characterized in that the phase comparator with the zero-current current sensor, the fundamental harmonic filter and the current comparator is formed as a separate unit or blocks that can be located at transformer points or overhead line supports with a basic harmonic filter and a voltage comparator, it is designed in the form of a central unit or units that can be located throughout the power supply network. In addition, the block or blocks comprising the zero-voltage voltage transducer is provided with a voltage-phase transmitter, while the block or blocks comprising the phase-comparator with the zero-voltage current transducer is provided with a voltage-phase receiver associated with

-3fažu komparatora ieeju, pie tam sprieguma fāzes raidītājs saistīts ar sprieguma fāzes uztvērēju ar sakaru kanāla palīdzību.-3-phase comparator input, the voltage phase transmitter is connected to the voltage phase receiver via a communication channel.

Izgudrojums ir paskaidrots ar zīmējumiem 1 un 2. Zīmējumā 1 ir attēlota universālā elektrisko līniju vienfāzes zemesslēguma vietas uzrādītāja blokshēma, bet zīmējumā 2 - tā darba diagramma kompensētas neitrāles tīklam.The invention is explained with reference to Figures 1 and 2. Figure 1 is a block diagram of a universal single-phase earth-fault location indicator for electric lines, and Figure 2 is a working diagram of a compensated neutral network.

Kā redzams no zīmējuma 1, elektrisko līniju vienfāzes zemesslēguma vietas uzrādītājs ZVU satur individuālos blokus A, ko uzstāda transformatora punktos vai attiecīgos gaisvada līnijas balstos, un kas saistīts ar centralizētu bloku B, ko uzstāda barošanas centrā visam tīklam. Katrs individuālais bloks A satur virknē slēgtus nullsečības strāvas devēju 1, pamatharmonikas filtru 2, strāvas komparatoru 3, kas pievienoti fāžu komparatora 4 pirmajai ieejai. Fāžu komparatora 4 izeja pievienota izpildblokam 5. Zemesslēguma vietas uzrādītāja centralizētais bloks B satur centralizētus visam tiklam virknē slēgtus nullsečības sprieguma devēju 6, pamatharmonikas filtru 7 un sprieguma komparatoru 8, kas ir pieslēgti sprieguma fāzes raidītājam 9. Savukārt sprieguma fāzes raidītājs 9 ar sakaru kanāla 10 palīdzību ir saistīts ar sprieguma fāzes uztvērēju 11, kas var būt, piemēram, radiokanālu uztvērējs, un kas ir pieslēgts individuālā bloka A fāžu komparatora 4 otrai ieejai. Ar Io blokshēmā ir apzīmēta nullsečības strāva; ar 3I_{0 50Ηχ} - trīsfažu nulsecības strāva normālā darba režīmā pie 50 Hz frekvences; ar I„_o - nostrādes strāva; ar Uo nullsečības spriegums; 3Uo 5ohz - trīsfažu nullsečības spriegums normālā darba režīmā pie 50 Hz frekvences; ar U_no - nostrādes spriegums; ar φηώ, un ψη,,, minimālie un maksimālie leņķi starp nulsecības spriegumu un strāvu fāžu komparatora darba zonas robežas.As can be seen from Figure 1, the ZVU single-phase earthing point indicator for electric lines contains individual blocks A, which are mounted at transformer points or respective overhead line supports and associated with a centralized block B, which is installed in a power center for the entire network. Each individual unit A contains a series of closed-loop zero current sensors 1, a fundamental harmonic filter 2, a current comparator 3 connected to the first input of the phase comparator 4. The output of the phase comparator 4 is connected to the actuator unit 5. The earthing point sensor centralized unit B contains a centralized whole-network closed-loop voltage transducer 6, a fundamental harmonic filter 7 and a voltage comparator 8 connected to a voltage-phase transmitter 9. The aid is connected to a voltage phase receiver 11, which may be, for example, a radio channel receiver and is connected to the second input of the phase comparator 4 of the individual unit. The Io in the flow chart represents the zero-current current; with 3I _{0 50Ηχ three} -phase zero-current current at 50 Hz; with I „ _o - trip current; with Uo zero set voltage; 3Uo 5ohz - Three-phase zero-voltage in normal operation at 50 Hz; with U _no - operating voltage; with φηώ and ψη ,,, the minimum and maximum angles between the zero voltage and the limits of the operating phase comparator.

Par nullsečības strāvas 31o devējiem kalpo kabeļu nullsečības strāvmainis, piemēram, “feranti” tipa strāvmainis vai nullsečības strāvas sensors zemesslēguma vietas uzrādītāja ZVU bloka A uzstādīšanas vietā, bet par nullsečības sprieguma 3Uo devēju - spriegummainis tīkla barošanas centrā, kopīgs visiem tīklu zemesslēguma vietas uzrādītāja ZVU blokiem A.A zero-voltage current transducer serves as a zero-voltage current transducer, such as a feranti-type current transducer or zero-voltage current transducer at the ZVU unit A installation point, but a 3V zero-voltage transducer at the mains power supply A.

Zemesslēguma vietas uzrādītāja ZVU darbības princips balstās uz nullsečības sprieguma un nullsečības strāvas fāžu salīdzināšanu. Nullsečības spriegumi un strāvas tiek nepārtraukti mērīti un fāžu komparators 4 salīdzina leņķi starp tiem, lai noteiktu zemesslēguma vietu. Notiekot līnijas bojājumam un zemesslēgumam, ja nullsečības strāva ir lielāka par uzrādītāja nostrādes strāvu, proti, ja 3Iq5ohz > I_no pie nosacījuma,The operating principle of the earth leakage locator ZVU is based on the comparison of the zero-phase voltage and the zero-phase current phase. The zero voltages and currents are continuously measured and the phase comparator 4 compares the angles between them to determine the earth fault location. In the case of line failure and earth leakage, if the zero-current current is greater than the trigger current, that is, 3Iq5ohz> I _of the condition,

-4ka nostrādes strāva Lo ir lielāka par nebalansa strāvu, signāls tiek padots uz fāžu komparatora 4 ieeju. Signāls tiek padots uz sprieguma fāzes raidītāja 9 ieeju, ja arī nullsecības spriegums ir lielāks par nostrādes spriegumu, proti, ja 3Uo sohz > U_no pie nosacījuma, ka nostrādes spriegums U_no ir lielāks par nebalansa spriegumu. Signāls par sprieguma mērījumiem tiek padots uz sprieguma fāzes uztvērēju 11 pa sakaru kanālu 10, kas ir pieslēgts fāžu komparatora 4 otrajai ieejai. Signāls tiek padots uz izpildbloka 5 ieeju, ja <φ <.The operating current Lo is greater than the unbalanced current, the signal is fed to the input of the phase comparator 4. The signal is fed to the phase voltage of the transmitter 9 input, if the zero-sequence voltage exceeds the actuation voltage, that is, if 3Uo sohz> U _on the condition that the tripping voltage U _from exceeding nebalansa voltage. The voltage measurement signal is fed to the voltage phase receiver 11 via a communication channel 10 which is connected to the second input of the phase comparator 4. The signal is fed to the input of actuator block 5 if <φ <.

Zīmējumā 2 ir parādīta zemesslēguma vietas uzrādītāja ZVU darba diagramma kompensētas neitrāles tīklam. Diagrammā ir parādīta uzrādītāja darba zona un nestrādāšanas zona. Normālā līniju darba stāvoklī, kad zemesslēguma nav, nullsecības strāva 3Ioneboj. atrodas uzrādītāja ZVU nestrādāšanas zonā, bet parādoties vienfāzes zemesslēgumam līnijā, nullsecības strāvas vērtība 3Ioboj samazinās un izmaina leņķi attiecībā pret nullsecības spriegumu 3Uq un iegriežas uzrādītāja ZVU darba zonā un līdz ar to tiek nofiksēts zemesslēgums attiecīgajā līnijā.Figure 2 shows a working diagram of an earth fault locator ZVU for a compensated neutral network. The chart shows the bearer's work area and the work area. In normal line operating condition with no earth fault, zero-current current 3Ioneboj. is within the detector's ZUU inoperative area, but when a single-phase earth fault occurs in the line, the zero current current in 3Ioboj decreases and changes angle with the zero-voltage voltage 3Uq and enters the detector's ZVU working area, thereby locking the earth fault in the line.

Piedāvātais zemesslēguma vietas uzrādītājs nodrošina tā universālu pielietojumu bojājuma vietas noteikšanai gan izolētas, gan kompensētas, gan rezistīvzemētas neitrāles elektriskajos tīklos, gan ari starpfažu īsslēguma vietas noteikšanai. Tā izmaksas ir samērā nelielas, jo uzrādītāja individuālie bloki, kurus var uzstādīt transformatoru punktos vai gaisvadu līniju atsevišķos balstos, nesatur sarežģītas un lielas izmaksas prasošas iericss, bet uzrādītāja centralizētais bloks, kura izmaksas ir lielākas, ir viens kopējs visam tīklam.The proposed earth fault locator provides its universal application for fault location detection in both isolated, compensated and resistive earthed electrical networks, as well as for cross-fault short circuit detection. Its costs are relatively low because individual bearer units, which can be installed at transformer points or overhead line supports, do not contain complex and costly devices, but the higher cost centralized bearer is common to the entire network.

Piedāvātais universālais elektrisko līniju vienfāzes zemesslēguma vietas uzrādītājs ir rūpnieciski izmantojams, to var ražot un izmantot neierobežotā daudzumā, lai nodrošinātu ātrāku bojājuma vietas noteikšanu un tā sekojošu novēršanu, uzlabojot elektrisko tīklu darba drošību.The proposed universal single-phase earth leakage detector for power lines is industrially usable, can be manufactured and used in unlimited quantities to provide faster fault detection and subsequent repair, improving the safety of electrical networks.

Claims (2)

Izgudrojuma formulaFormula of the Invention 1. Elektrisko līniju vienfāzes zemesslēguma vietas uzrādītājs, kas satur fāžu komparatoru 4, kura viena ieeja saistīta ar nullsečības strāvas devēju 1, kas saslēgts virknē ar pamatharmonikas filtru 2 un strāvas komparatoru 3, bet otra ieeja saistīta ar nullsečības sprieguma devēju 6, kas saslēgts virknē ar pamatharmonikas filtru 7 un sprieguma komparatoru 8, atšķiras ar to, ka, ar mērķi noteikt vienfāzes zemesslēguma vietu gan izolētas, gan kompensētas, gan rezistīvzemētas neitrāles elektriskajos tīklos pie relatīvi zemām izmaksām, fāžu komparators 4 ar nullsečības strāvas devēju 1, pamatharmonikas filtru 2 un strāvas komparatoru 3 ir izveidots atsevišķa bloka vai bloku veidā, kas var tikt izvietots transformatoru punktos vai uz gaisvada līniju balstiem, bet nullsečības sprieguma devējs 6 ar pamatharmonikas filtru 7 un sprieguma komparatoru 8 ir izveidots centralizēta bloka vai bloku veidā, kas var tikt izvietots visa tīkla barošanas centrā.1. A single-phase earth-fault detector for electric lines comprising a phase comparator 4 having one input connected to a zero-voltage current sensor 1 connected in series with a fundamental harmonic filter 2 and a current comparator 3 and a second input connected to a zero-voltage voltage sensor 6 connected in series with a harmonic filter 7 and a voltage comparator 8, characterized in that, for the purpose of determining a single-phase earth fault in both isolated, compensated and resistive earthed electrical circuits at relatively low cost, a phase comparator 4 with a zero frequency current sensor 1, the current comparator 3 is formed as a single unit or blocks that can be located at transformer points or overhead line supports, while the zero-voltage voltage transducer 6 with a fundamental harmonic filter 7 and the voltage comparator 8 is constructed as a centralized unit or blocks feeding in the center. 2. Elektrisko līniju vienfāzes zemesslēguma vietas uzrādītājs saskaņā ar 1. punktu, kas atšķiras ar to, ka bloks vai bloki, kurā ietilpst nullsečības sprieguma devējs 6, ir apgādāts ar sprieguma fāzes raidītāju 9, bet bloks vai bloki, kurā ietilpst fāžu komparators 4 ar nullsečības strāvas devēju 1, ir apgādāts ar sprieguma fāzes uztvērēju 11, kas saistīts ar fāžu komparatora 4 ieeju, pie tam sprieguma fāzes raidītājs 9 saistīts ar sprieguma fāzes uztvērēju 11 ar sakaru kanāla 10 palīdzību.A single-phase earth-fault detector for electric lines according to claim 1, characterized in that the block or blocks comprising the zero-voltage voltage transducer 6 are provided with a voltage-phase transmitter 9 and the block or blocks comprising the phase comparator 4 with a zero-phase current transducer 1, is provided with a voltage phase receiver 11 connected to the input of a phase comparator 4, wherein the voltage phase transmitter 9 is connected to a voltage phase receiver 11 via a communication channel 10.