RU2717697C1 - METHOD OF DETERMINING SINGLE-PHASE GROUND FAULT IN NETWORKS OF 6-10 kV WITH INSULATED NEUTRAL LINE - Google Patents

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering, namely to determination of single-phase ground fault (SPGF) in 6–10 kV networks with insulated neutral. Voltage measurement devices record values of phase voltage at the beginning and at the ends of the power line and register voltage values of the damaged phase in steady-state conditions. Signals are transmitted to a control station, where they are jointly processed by a differential method, according to which the analyzed line is pre-modeled in the Matlab Simulink program and the functional connection L=f(U1-U2), where L is the distance to SPGF from the beginning of the line (km), U1 is the voltage value of the damaged phase in steady-state mode at the beginning of the line, U2, U3, etc. is the value of voltage of the damaged phase in steady-state mode at the ends of the line. By substituting the measured values into equations, it is determined on which branching there occurred a short circuit and what is the distance to it from the beginning of the line.

EFFECT: high reliability and accuracy of determining the point of damage in an overhead power line, reducing the cost of equipment owing to recording a steady-state process and eliminating the need for synchronization of recording devices in time.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к определению места однофазного замыкания на землю (ОЗЗ) в сетях 6-10 кВ с изолированной нейтралью, и может использоваться в электрических сетях для контроля нормальных и аварийных режимов. В частности, при создании цифровых релейных защит и противоаварийной автоматики.The invention relates to electrical engineering, namely to determining the location of a single-phase earth fault (OZZ) in networks of 6-10 kV with isolated neutral, and can be used in electrical networks to monitor normal and emergency conditions. In particular, when creating digital relay protection and emergency automation.

Способ основан на регистрации фазных значений напряжений устройствами контроля напряжения в начале и по концам воздушной линии электропередачи (ЛЭП). Измеренные значения напряжений поврежденной фазы передаются в диспетчерский центр для совместной обработки, где определяются поврежденное ответвление и расстояние до ОЗЗ дифференциальным способом для каждой пары между значениями напряжений начала и концов ЛЭП, зарегистрированных устройствами контроля напряжения.The method is based on the registration of phase voltage values by voltage monitoring devices at the beginning and at the ends of an overhead power transmission line (power transmission line). The measured values of the voltage of the damaged phase are transmitted to the control center for joint processing, where the damaged branch and the distance to the OZZ are determined in a differential way for each pair between the voltage values of the beginning and ends of the power lines registered by the voltage control devices.

Известен способ определения места однофазного замыкания на землю в разветвленной воздушной ЛЭП с изолированной нейтралью по патенту РФ № 2248583, МПК G01R 31/08, 4.11.2002, в котором с помощью датчиков электрического и магнитного поля фиксируют аварийный сигнал, содержащий гармонические составляющие сигналов напряжения и тока. Из аварийного сигнала, полученного бесконтактным измерением гармонических составляющих сигналов напряжения и тока в разных точках, перемещаясь под воздушной ЛЭП вдоль ее ветвей, после разложения сигналов в ряд Фурье, выделяют гармонику, у которой суммарная амплитуда электрического и магнитного полей наибольшая относительно нормального режима. Поврежденную ветку определяют по максимальной величине суммарной амплитуды электрического и магнитного полей выделенной гармоники. Место повреждения определяют по смене знака разности фаз электрического и магнитного полей выделенной гармоники.A known method for determining the location of a single-phase earth fault in a branched overhead power line with isolated neutral according to the patent of the Russian Federation No. 2248583, IPC G01R 31/08, 4.11.2002, in which using an electric and magnetic field sensors record an alarm signal containing harmonic components of voltage signals and current. From the alarm signal obtained by non-contact measurement of the harmonic components of the voltage and current signals at different points, moving under the overhead power line along its branches, after the signals are expanded in the Fourier series, a harmonic is selected in which the total amplitude of the electric and magnetic fields is greatest relative to the normal mode. A damaged branch is determined by the maximum value of the total amplitude of the electric and magnetic fields of the selected harmonic. The place of damage is determined by changing the sign of the phase difference of the electric and magnetic fields of the selected harmonic.

Недостатком способа является необходимость перемещения аварийной бригады вдоль всех ответвлений воздушной линии электропередачи, что занимает достаточно много времени.The disadvantage of this method is the need to move the emergency crew along all branches of the overhead power line, which takes a lot of time.

С помощью прибора "Индикатор повреждения воздушной линии" (Техническое описание. - М.: ООО «Релематика», 2017) осуществляется более простой алгоритм способа определения места однофазного замыкания на землю в разветвленной воздушной ЛЭП с изолированной нейтралью. Устройство срабатывает при коротком замыкании на наброс тока более чем 120 А. При использовании дополнительно геоинформационной системы по определению места повреждения (ГИС ОМП) воздушных линий дистанционно определяют поврежденный участок распределительной сети (РС).Using the device "Indicator of damage to the air line" (Technical description. - M .: Relatika LLC, 2017), a simpler algorithm is implemented for determining the place of a single-phase earth fault in a branched overhead power line with isolated neutral. The device is triggered by a short circuit to a surge of current of more than 120 A. When using an additional geoinformation system for determining the location of damage (GIS OMP) of overhead lines, the damaged part of the distribution network (PC) is remotely determined.

 Недостатком способа является низкая чувствительность срабатывания индикатора из-за малых токов замыкания на землю при ОЗЗ и определение только участка (между индикаторами), которое может составлять от 1 км и более.The disadvantage of this method is the low sensitivity of the indicator due to low earth fault currents during the fault and the determination of only the area (between indicators), which can be from 1 km or more.

Прототипом выбран способ определения места однофазного замыкания на землю в разветвленной воздушной линии электропередач, способ определения места междуфазного короткого замыкания в разветвленной воздушной линии электропередач и устройство контроля тока и напряжения для их осуществления по патенту РФ № 2372624 МПК G01R 31/08, 12.03.2008, который основан на регистрации времени прохождения скачка фазного напряжения устройствами контроля тока и напряжения в единой шкале времени, синхронизированной от спутниковых сигналов глобальной системы позиционирования. Зафиксированные времена передают в диспетчерский центр для совместной обработки, где определяют поврежденную ветку и место повреждения разностно-дальномерным способом для каждой пары времен, зарегистрированных устройствами контроля тока и напряжения.The prototype selected a method for determining the location of a single-phase earth fault in a branched overhead power line, a method for determining the location of an interphase short circuit in a branched overhead power line and a current and voltage control device for their implementation according to RF patent No. 2372624 IPC G01R 31/08, 12.03.2008, which is based on recording the transit time of a phase voltage jump by current and voltage monitoring devices in a single time scale, synchronized from satellite signals of the global position system ionization. The recorded times are transmitted to the dispatch center for joint processing, where the damaged branch and the location of the damage are determined by the differential-ranging method for each pair of times recorded by the current and voltage control devices.

Недостатком способа является:The disadvantage of this method is:

- контроль переходного процесса, что усложняет оборудование для измерения напряжения и тока и увеличивает его стоимость, и снижает надёжность определения ОЗЗ;- control of the transient process, which complicates the equipment for measuring voltage and current and increases its cost, and reduces the reliability of determining the OZZ;

- сложность в настройке устройств из-за необходимости синхронизации всех регистрирующих устройств тока и напряжения при помощи спутниковых сигналов глобальной системы позиционирования, при отсутствии связи со спутником способ не реализуется.- the difficulty in configuring the devices due to the need to synchronize all the recording current and voltage devices using satellite signals of the global positioning system, in the absence of communication with the satellite, the method is not implemented.

Задачами заявляемого изобретения являются создание способа определения места однофазного замыкания на землю в сетях 6-10 кВ с изолированной нейтралью, в котором устранены недостатки прототипа. The objectives of the invention are the creation of a method for determining the location of a single-phase earth fault in networks of 6-10 kV with isolated neutral, which eliminated the disadvantages of the prototype.

Техническим результатом изобретения является повышение надёжности и точности определения места повреждения в воздушной ЛЭП, уменьшение стоимости оборудования за счет регистрации установившегося процесса и исключения необходимости синхронизации регистрирующих устройств во времени.  The technical result of the invention is to increase the reliability and accuracy of determining the location of damage in an overhead power line, reducing the cost of equipment by registering an established process and eliminating the need for synchronization of recording devices in time.

При ОЗЗ в сетях 6-10 кВ с изолированной нейтралью линия может находиться в работе относительно длительное время (согласно Правилам Устройства Электроустановок), что позволяет рассматривать установившийся, а не переходной процесс, это значительно уменьшает габариты устройств для измерения напряжения и не требует их синхронизации во времени.With SCR in networks of 6-10 kV with isolated neutral, the line can be in operation for a relatively long time (according to the Electrical Installation Rules), which allows considering a steady-state rather than a transient process, this significantly reduces the dimensions of the devices for measuring voltage and does not require synchronization during time.

Технический результат достигается тем, что в способе определения места однофазного замыкания на землю в сетях 6-10 кВ с изолированной нейтралью, заключающемся в том, что с помощью устройств для измерения напряжения фиксируют значения фазного напряжения в начале и по концам ЛЭП, отличающийся тем, что регистрируют значения напряжений поврежденной фазы в установившемся режиме, сигналы передают на диспетчерский пункт, где их совместно обрабатывают по дифференциальному способу, согласно которому заранее моделируется исследуемая линия в программе Matlab Simulink и зависимость:The technical result is achieved by the fact that in the method for determining the location of a single-phase earth fault in 6-10 kV networks with isolated neutral, which means that using voltage measuring devices, the phase voltage values are recorded at the beginning and at the ends of the power transmission line, characterized in that register the values of the voltage of the damaged phase in the steady state, the signals are transmitted to the control room, where they are jointly processed by the differential method, according to which the studied line is modeled in advance in the program Matlab Simulink and dependency:

L=f(U1-U2),L = f (U1-U2),

где L-это расстояние до ОЗЗ от начала линии (км), U1-значение напряжения поврежденной фазы в установившемся режиме в начале линии, U2, U3 и т.д. - значение напряжения поврежденной фазы в установившемся режиме по концам линии, и подставляя измеренные значения в уравнения, определяется на каком ответвлении произошло замыкание и каково расстояние до него от начала линии.where L is the distance to the OZZ from the beginning of the line (km), U1 is the voltage value of the damaged phase in the steady state at the beginning of the line, U2, U3, etc. - the value of the voltage of the damaged phase in the steady state at the ends of the line, and substituting the measured values into the equations, it is determined at which branch a fault occurred and what is the distance to it from the beginning of the line.

Заявляемый способ осуществляется следующим образом. The inventive method is as follows.

Способ определения места однофазного замыкания на землю в сетях 6-10 кВ с изолированной нейтралью осуществляется многосторонней (в начале и по концам каждой ЛЭП) фиксацией аварийного сигнала с применением устройств контроля напряжения. Установленные в начале и по концам ЛЭП на всех фазных проводах устройства контроля напряжения в установившемся режиме измеряют фазное напряжение поврежденной фазы при однофазном замыкании на землю, которые передают на диспетчерский пункт, где их совместно обрабатывают по дифференциальному способу. Для каждой пары устройств контроля напряжения, местоположение которых известно заранее, промоделированные значения напряжений поврежденной фазы в каждой точке ЛЭП с помощью программы Matlab Simulink используют для составления уравнения вида: The method for determining the location of a single-phase earth fault in 6-10 kV networks with an isolated neutral is carried out by multilateral (at the beginning and at the ends of each power transmission lines) fixing the alarm using voltage monitoring devices. The voltage control devices installed at the beginning and at the ends of the power lines on all phase wires in the steady state mode measure the phase voltage of the damaged phase during a single-phase earth fault, which are transmitted to the control room, where they are jointly processed by the differential method. For each pair of voltage control devices, the location of which is known in advance, the simulated values of the voltage of the damaged phase at each power line point using the Matlab Simulink program are used to compose an equation of the form:

L=f(U1-U2),L = f (U1-U2),

где L-это расстояние до ОЗЗ от начала линии (км), U1-значение напряжения поврежденной фазы в установившемся режиме в начале линии, U2, U3 и т.д. - значение напряжения поврежденной фазы в установившемся режиме по концам линии. Подставляя полученные сигналы в уравнения, можно определить на каком ответвлении произошло замыкание и каково расстояние до него от начала линии. where L is the distance to the OZZ from the beginning of the line (km), U1 is the voltage value of the damaged phase in the steady state at the beginning of the line, U2, U3, etc. - the value of the voltage of the damaged phase in the steady state at the ends of the line. Substituting the received signals into the equations, it is possible to determine on which branch a short circuit occurred and what is the distance to it from the beginning of the line.

Сущность способа поясняется на фиг.1 (линия без ответвлений для наглядности), где ось абсцисс это расстояние L до ОЗЗ от начала линии в км, а ось ординат - разница напряжений в начале линии и на одном из её концов (U1-U2).The essence of the method is illustrated in Fig. 1 (a line without branches for clarity), where the abscissa axis is the distance L to the GPR from the beginning of the line in km, and the ordinate axis is the voltage difference at the beginning of the line and at one of its ends (U1-U2).

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет определять место однофазного замыкания на землю в сетях 6-10 кВ с изолированной нейтралью с высокой надежностью за счет измерений в установившемся режиме, точностью за счёт применения дифференциального метода, и с уменьшением стоимости оборудования за счет исключения необходимости синхронизации регистрирующих устройств во времени.Thus, the proposed technical solution allows to determine the place of a single-phase earth fault in networks of 6-10 kV with isolated neutral with high reliability due to measurements in steady state, accuracy due to the use of the differential method, and reducing the cost of equipment by eliminating the need for synchronization of recording devices in time.

Claims (3)

Способ определения места однофазного замыкания на землю в сетях 6-10 кВ с изолированной нейтралью, заключающийся в том, что с помощью устройств для измерения напряжения фиксируют значения фазного напряжения в начале и по концам ЛЭП, отличающийся тем, что регистрируют значения напряжений поврежденной фазы в установившемся режиме, сигналы передают на диспетчерский пункт, где их совместно обрабатывают по дифференциальному способу, согласно которому заранее моделируется исследуемая линия в программе Matlab Simulink и зависимость:The method for determining the location of a single-phase earth fault in 6-10 kV networks with isolated neutral, which consists in the fact that using voltage measuring devices, the phase voltage values are recorded at the beginning and at the ends of the power transmission lines, characterized in that the values of the damaged phase voltages are recorded in the steady state mode, the signals are transmitted to the control room, where they are jointly processed by the differential method, according to which the studied line is modeled in advance in the Matlab Simulink program and the dependence: L=f(U1-U2),L = f (U1-U2), где L - это расстояние до ОЗЗ от начала линии (км), U1 - значение напряжения поврежденной фазы в установившемся режиме в начале линии, U2, U3 и т.д. - значение напряжения поврежденной фазы в установившемся режиме по концам линии, и, подставляя измеренные значения в уравнения, определяется, на каком ответвлении произошло замыкание и каково расстояние до него от начала линии.where L is the distance to the OZZ from the beginning of the line (km), U1 is the value of the voltage of the damaged phase in the steady state at the beginning of the line, U2, U3, etc. - the value of the voltage of the damaged phase in the steady state at the ends of the line, and, substituting the measured values in the equation, it is determined at which branch a fault occurred and what is the distance to it from the beginning of the line.

Images