RU2733825C1 - Method of determining fault location of cable and overhead power transmission lines - Google Patents

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: invention relates to electric power industry, namely to methods intended for determination of electric network damage point. Essence: instantaneous values of current and voltage are measured at frequency of 50 Hz and frequency of 10 kHz of current and voltage by sensors located at the ends of power transmission line. Instantaneous values of current and voltage are compared in high-frequency range for determination of direction of single-phase ground fault as per mutual phase of said parameters. Instantaneous values of current and voltage are compared in low-frequency range to determine fact of single-phase or phase-to-phase short-circuit on power transmission line. When wave processes occur in the monitored line, the lines of voltage values controlled at both ends of the line are oscillographed by analogue-to-digital conversion with sampling frequency of 1 MHz with accurate referencing to common astronomical time using global satellite positioning system and with subsequent calculation of distance to point of power transmission fault by difference of arrival time of wave front to each of power transmission line ends.

EFFECT: technical result is higher accuracy of determining point of faults of power transmission lines due to combined application of wave analysis of processes occurring in electric networks, and wave method of double-sided measurements.

1 cl

Description

Предлагаемое изобретение относится к электроэнергетике, а именно к способам, предназначенным для определения места повреждения электрических сетей.The proposed invention relates to the electric power industry, and in particular to methods for determining the location of damage to electrical networks.

При эксплуатации электрических сетей важным моментом является своевременный поиск и устранение аварий на линиях электропередачи. Протяженность линий электропередач настолько велика, что оперативное определение в них места повреждения становится одной из самых важных и трудно решаемых задач. При этом точная информация о виде аварии и направлении, на котором она произошла, значительно снижает трудовые и временные затраты, необходимые для устранения аварии. В настоящее время известен ряд используемых как импедансных, так и волновых методов, которые позволяют определять наличие короткого замыкания в электросети, а также приблизительно определять, в каком месте линии электропередачи произошла авария. When operating electrical networks, an important point is the timely search and elimination of accidents on power lines. The length of power lines is so great that the prompt determination of the location of damage in them becomes one of the most important and difficult to solve problems. At the same time, accurate information about the type of accident and the direction in which it occurred significantly reduces the labor and time required to eliminate the accident. Currently, a number of used both impedance and wave methods are known, which make it possible to determine the presence of a short circuit in the power supply network, as well as to approximately determine at what point in the power transmission line an accident occurred.

Предлагаемый способ определения места повреждения кабельных и воздушных линий электропередачи предназначен для определения поврежденного участка на воздушных и кабельных линиях распределительных электросетей напряжением 6-35 кВ. При этом предлагаемый способ предназначен для определения места повреждения в радиальных сетях, а также в разомкнутых, замкнутых кольцевых сетях, кольцевых сетях с питанием с двух сторон, с автоматическим или ручным восстановлением энергоснабжения.The proposed method for determining the location of damage to cable and overhead power transmission lines is intended to determine the damaged area on overhead and cable lines of power distribution networks with a voltage of 6-35 kV. In this case, the proposed method is intended to determine the location of damage in radial networks, as well as in open, closed ring networks, ring networks with power supply from both sides, with automatic or manual restoration of power supply.

Известен способ определения расстояния до места повреждения, связанного с землей на линии электропередачи трехфазного тока (патент РФ № 2688889, МПК G01R 31/08, опубликовано 22.05.2019, состоящий в том, что с целью повышения точности определения места повреждения измеряют время между появлением фронта волны тока или напряжения без нулевой составляющей и появлением волны тока или напряжения нулевой составляющей, расстояние до места повреждения определяют как отношение измеренного времени к разности обратных значений скоростей волны тока или напряжения нулевой составляющей и волны тока или напряжения без нулевой составляющей.There is a known method for determining the distance to the place of damage associated with the ground on a three-phase power line (RF patent No. 2688889, IPC G01R 31/08, published on 05/22/2019, consisting in the fact that in order to improve the accuracy of determining the location of damage, measure the time between the appearance of the front current or voltage waves without a zero component and the appearance of a current or voltage wave of a zero component, the distance to the place of damage is determined as the ratio of the measured time to the difference between the reciprocal values of the velocities of the current or voltage wave of the zero component and the current or voltage wave without a zero component.

Недостатками рассматриваемого способа является определение места положения повреждения линии электропередач только при типе аварии - короткое замыкание на землю, а также низкая точность определения места аварии из-за отсутствия точной привязки событий к единому стандарту времени.The disadvantages of the considered method are the determination of the location of the damage to the power line only in the case of the type of accident - a short circuit to the ground, as well as the low accuracy of determining the location of the accident due to the lack of accurate binding of events to a single time standard.

Известен способ определения расстояния до места повреждения на линии электропередачи выбранный в качестве прототипа предлагаемого изобретения (патент РФ № 2475768, МПК G01R 31/08, по которому на каждом из концов линии измеряют токи и напряжения, выделяют из измеренных токов и напряжений аварийный сигнал, вычисляют коэффициент эксцесса выделенного аварийного сигнала внутри скользящего временного окна, сравнивают вычисленный коэффициент эксцесса с величиной порога, фиксируют момент превышения порога с помощью спутниковой навигационной системы и вычисляют расстояние до места повреждения по разности моментов превышения порога, зафиксированных на концах линии.There is a known method for determining the distance to the place of damage on a power line selected as a prototype of the proposed invention (RF patent No. 2475768, IPC G01R 31/08, according to which currents and voltages are measured at each end of the line, an alarm signal is isolated from the measured currents and voltages, calculate kurtosis coefficient of the selected alarm inside a sliding time window, comparing the calculated kurtosis coefficient with the threshold value, fixing the moment of exceeding the threshold using a satellite navigation system and calculating the distance to the damage site from the difference in the moments of exceeding the threshold recorded at the ends of the line.

Недостатком данного технического решения, принятого в качестве прототипа, является не высокая точность определения места повреждения электросети из-за возможного различия в уровне помех на одном и другом концах ЛЭП. При этом возможна различная задержка по времени от фронта волны переходного процесса до момента его обнаружения, что негативно сказывается на точности определения места повреждения.The disadvantage of this technical solution, adopted as a prototype, is the low accuracy in determining the location of the damage to the power grid due to the possible difference in the level of interference at one and the other ends of the transmission line. In this case, a different time delay from the front of the transient process wave to the moment of its detection is possible, which negatively affects the accuracy of determining the location of damage.

Техническим результатом предлагаемого способа является повышение точности определения места повреждения линий электропередач за счет комбинированного применения волнового анализа процессов, протекающих в электросетях и волнового метода двухсторонних измерений.The technical result of the proposed method is to improve the accuracy of determining the location of damage to power lines due to the combined use of wave analysis of the processes occurring in power grids and the wave method of two-sided measurements.

Технический результат достигается тем, что предлагается способ определения места повреждения кабельных и воздушных линий электропередачи, заключающийся в измерении значений тока и напряжения датчиками, расположенными на концах линии электропередачи, при этом производится непрерывное измерение мнгновенных значений тока и напряжения на частоте 50 Гц и частоте 10 кГц, сравнение мгновенных значений тока и напряжения в высокочастотном диапазоне для определения по взаимной фазе этих параметров направления на однофазное замыкание на землю, сравнение мгновенных значений тока и напряжения в низкочастотном диапазоне для определения факта как однофазного или междуфазного замыкания на линии электропередач, при этом при возникновении волновых процессов в контролируемой линии производится осциллографирование контролируемых на обоих концах линии значений напряжения путем аналого-цифрового преобразования с частотой дискретизации 1 МГц с точной привязкой к единому астрономическому времени посредством использования глобальной системы спутникового позиционирования и с последующим вычислением расстояния до места повреждения электропередачи по разности времени прихода фронта волны на каждый из концов линии электропередачи.The technical result is achieved by the fact that a method is proposed for determining the location of damage to cable and overhead power lines, which consists in measuring the values of current and voltage by sensors located at the ends of the power line, while continuously measuring instantaneous values of current and voltage at a frequency of 50 Hz and a frequency of 10 kHz , comparison of instantaneous values of current and voltage in the high-frequency range to determine the direction to a single-phase earth fault by the mutual phase of these parameters, comparison of instantaneous values of current and voltage in the low-frequency range to determine the fact as a single-phase or phase-to-phase short circuit on a power line, while at the occurrence of wave processes in the monitored line, oscillography of the voltage values monitored at both ends of the line is carried out by means of analog-to-digital conversion with a sampling frequency of 1 MHz with an accurate reference to a single astronomical time by means of and Using a global satellite positioning system and then calculating the distance to the place of damage to the power transmission line by the difference in the time of arrival of the wave front at each end of the power line.

Предлагаемый способ определения места повреждения кабельных и воздушных линий электропередачи заключается в фиксации параметров текущего режима и волновых процессов в двух частотных диапазоны: низкочастотном (50 Гц) и высокочастотном (10 кГц). Сравнение мгновенных значений тока и напряжения в высокочастотном диапазоне позволяет определить взаимную фазу этих параметров и, соответственно, определить направление на однофазное замыкание на землю (волновой принцип). Особенность волнового анализа в том, что он работает независимо от размеров сети, режима компенсации нейтрали, способа питания участка сети (одно- или двухстороннее питание). Низкочастотная регистрация усредненных величин тока и напряжения позволяет отстроиться от импульсных помех и надежно фиксировать факт как однофазного, так и междуфазного замыкания на линии электропередачи.The proposed method for determining the location of damage to cable and overhead power lines is to fix the parameters of the current mode and wave processes in two frequency ranges: low-frequency (50 Hz) and high-frequency (10 kHz). Comparison of instantaneous values of current and voltage in the high-frequency range makes it possible to determine the mutual phase of these parameters and, accordingly, to determine the direction of a single-phase earth fault (wave principle). The peculiarity of the wave analysis is that it works regardless of the size of the network, the neutral compensation mode, the method of supplying the network section (one- or two-way supply). Low-frequency registration of averaged values of current and voltage allows you to tune out impulse noise and reliably record the fact of both single-phase and phase-to-phase short circuits on the power line.

Для определения места повреждения используется локационный способ, заключающийся в фиксации времени прихода возмущения к точкам установки приборов (концам линии электропередачи) и дальнейшему их сравнению. При одинаковом времени место повреждения расположено на равном расстоянии от концов линии электропередачи.To determine the location of the damage, a location method is used, which consists in fixing the time of arrival of the disturbance to the points of installation of the devices (ends of the power transmission line) and their further comparison. At the same time, the place of damage is located at an equal distance from the ends of the power line.

В предлагаемом способе определения места повреждения кабельных и воздушных линий электропередачи используется высокочастотное аналого-цифровое преобразование с частотой 1 МГц с точной привязкой к единому времени с использованием глобальной системы спутникового позиционирования GPS/ГЛОНАСС. Импульсные возмущения в кривых тока и напряжения фиксируются посредством катушек Роговского (датчиков тока) и имеющихся на подстанции измерительных трансформаторов напряжения. Импульсы возникают при появлении повреждения на ВЛ и фиксируются прибором в момент достижения импульса концов ВЛ, где и установлены датчики. Для вычисления расстояния используется формула:The proposed method for determining the location of damage to cable and overhead power lines uses a high-frequency analog-to-digital conversion with a frequency of 1 MHz with precise reference to a single time using the global satellite positioning system GPS / GLONASS. Impulse disturbances in the current and voltage curves are recorded by means of Rogowski coils (current sensors) and measuring voltage transformers available at the substation. Pulses arise when damage occurs on the overhead line and are recorded by the device at the moment the pulse reaches the ends of the overhead line, where the sensors are installed. To calculate the distance, use the formula:

где L_A - расстояние до места повреждения линии электропередач;where L _A is the distance to the place of damage to the power line;

- длина контролируемой линии электропередач;

- the length of the monitored power line;

- время достижения волновым процессом первого конца линии электропередач;

- the time the wave process reaches the first end of the power line;

- время достижения волновым процессом второго конца линии электропередач;

- the time the wave process reaches the second end of the power line;

ν - скорость распространения волнового процесса.ν is the speed of propagation of the wave process.

Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет:Thus, the use of the proposed method allows:

- контролировать текущие режимные параметры сети, такие как ток, напряжение, мощность, частоты - для фазных и линейных величин;- monitor the current operating parameters of the network, such as current, voltage, power, frequency - for phase and linear quantities;

- осциллографировать токи и напряжения при аварийных режимах;- oscillographic currents and voltages in emergency modes;

- фиксировать факт однофазных замыканий на землю и междуфазных замыканий в распределительной сети с напряжением 6-35 кВ с определением направления и расстояния до места повреждения.- to record the fact of single-phase earth faults and phase-to-phase faults in the distribution network with a voltage of 6-35 kV with the determination of the direction and distance to the place of damage.

Использование в качестве датчиков тока катушек Роговского позволяет регистрировать с приемлемой точностью как нормальные, так и аварийные режимы.The use of Rogowski coils as current sensors makes it possible to register with acceptable accuracy both normal and emergency modes.

Применение предлагаемого способа определения места повреждения кабельных и воздушных линий электропередачи позволяет объединить функции контроля текущего режима, функции регистрации всех видов аварий, а также определения места повреждения с высокой точностью.The use of the proposed method for determining the location of damage to cable and overhead power lines allows to combine the functions of monitoring the current mode, the functions of registering all types of accidents, as well as determining the location of damage with high accuracy.

Claims (1)

Способ определения места повреждения кабельных и воздушных линий электропередачи, заключающийся в измерении значений тока и напряжения датчиками, расположенными на концах линии электропередачи, отличающийся тем, что производится непрерывное измерение мнгновенных значений тока и напряжения на частоте 50 Гц и частоте 10 кГц, сравнение мгновенных значений тока и напряжения в высокочастотном диапазоне для определения по взаимной фазе этих параметров направления на однофазное замыкание на землю, сравнение мгновенных значений тока и напряжения в низкочастотном диапазоне для определения факта как однофазного или междуфазного замыкания на линии электропередач, при этом при возникновении волновых процессов в контролируемой линии производится осциллографирование контролируемых на обоих концах линии значений напряжения путем аналого-цифрового преобразования с частотой дискретизации 1 МГц с точной привязкой к единому астрономическому времени посредством использования глобальной системы спутникового позиционирования и с последующим вычислением расстояния до места повреждения электропередачи по разности времени прихода фронта волны на каждый из концов линии электропередачи. A method for determining the location of damage to cable and overhead power lines, which consists in measuring the values of current and voltage by sensors located at the ends of the power line, characterized in that continuous measurement of instantaneous values of current and voltage at a frequency of 50 Hz and a frequency of 10 kHz, comparison of instantaneous values of current and voltage in the high-frequency range to determine the direction to a single-phase earth fault by the mutual phase of these parameters, comparing the instantaneous values of current and voltage in the low-frequency range to determine the fact as a single-phase or phase-to-phase short circuit on the power line, while when wave processes occur in the monitored line, oscillography of the voltage values monitored at both ends of the line is carried out by analog-to-digital conversion with a sampling rate of 1 MHz with precise reference to a single astronomical time using the global satellite positioning and with the subsequent calculation of the distance to the place of power transmission damage by the difference in the time of arrival of the wave front at each end of the power line...