SE460804B - Foerfarande och anordning foer felbestaemning vid fel paa en kraftledning - Google Patents

Description

460 804 A/Dfkonvertering och filtrering av mätvärdena som sedan via olika distans- skyddsekvationer bestämmer felavstånd och felresistansens storlek. För att på basta sätt kunna redogöra för uppfinningen skall först ges en summarisk redovisning av ofta använda distansskyddsekvationer och hur man enligt teknikens ståndpunkt löser dessa. Slutligen skall också redovisas de pro- blem som uppstår vid felavstànds- och felresistansbestämningen beroende på de mätprinciper som används.

Som det har indikerats finns det flera alternativa distansskyddsekvatio- ner. Två av de vanligaste skall kort beskrivas med utgångspunkt fràn figur 1. Båda förutsätter att man känner den felfria ledningsimpedansen ZPQ på den skyddade ledningssträckan mellan två mätstationer P och Q. Efter att ett fel har konstaterats kan spänningarna UP och UQ samt strömmarna IP och IQ uppmätas i respektive stationer. För att ej behöva kommunikation mellan stationerna utgår man dock i regel från värdena vid den ena stationen. Om man gör ansatsen att det genom enêfelresistans RF flyter en ström IF, varvid en spänning UF ligger över felresistansen, kan följande samband uppställas: UP = UPP + UF = aUPQ + UF = uZPQIP + BFIF V (1) Här är u (= 0 - 1) ett tills vidare antaget matt på felläget och UPQ ett med I rekonstruerat spänningsfall över hela linjen.

P Ekvationen (1) är ju inte direkt lösbar på grund av för många obekanta parametrar och man får därför göra vissa ansatser för att kunna lösa denna. I ett konventionellt distansskydd är det vanligt att antaga att felströmmen I är proportionell med den i station P uppmätta strömmen, dvs F IF = k1IP _ ^ (2) Detta antagande är uppfyllt om emkzerna EP och EQ i P och Q är faslika och om fasvinklarna för impedanserna räknat från felstället F till respektive emk är lika. Ekvation (1) kan då skrivas som az I + R - k I = az *I + R I (3)» UP = Po P F 1 P PQ P F1 P där RF1 utgör en vid beräkningen skenbar felresistans. 460 804 En annan variant på den nödvändiga ansatsen är att antaga att felströmmeni är proportionell med ändringsströmmen i P vid inträffande av ett fel, dvs IF = kzßxp - W (M) varvid ekvation (1) kan uttryckas som UP = dzpqïp + nFk2A1P = uzPQ1P + RFZAIP I Vi (5) Både ekvationerna (3) och (5) innehåller tva okända parametrar. a respek- tive RF1 eller RF2. Detta innebär att ett speciellt lösningsförfarande behövs för att kunna lösa dessa okända parametrar. Ett sådant förfarande kan vara linjär regression, en teknik som utförligt beskrivs t ex i Ljung-Söderströms “Theory and Practice of Recursive Identification". 1983, speciellt sidorna 323-327. Lämpligen användes också en form av linjär regression som omfattar en glömskefaktor för att anpassa räknereglerna till de för handen varande mucfdrhdlldndena. A En sammanfattning av den använda tekniken ges bland annat i svensk patent- ansökan 8702683-7 “Frekvensrelä", sid 5-10.

Metoden med linjär regression och minsta kvadratmetoden för att lösa dis- tansekvationer av samma typ som (3) och (5) redovisas också i en artikel "A Prototype of Multiprocessor Based Distance Relay" publicerad i IEEE Transaction on Power Apparatus and Systems, Vol PAS-101. No 2, February 1982, sidorna H91-097.

Då distansskydd med fellokalisering och bestämning av felresistans an- vändes vid högspänningsöverföring kommer för spänningsmätningen i regel kapacitiva spänningstransformatorer. CVT. till användning. Det är välkänt att en sådan spänningsmätning. speciellt vid stor amplitudreduktion i sam- band med feltillfället och speciellt om felet inträffar vid spänningens nollgenomgáng, förorsakar en mätfelsspänning, i allmänt tal kallad CVT- utsvängning. Detta är bland annat beskrivet i en artikel av N Ashton i Power System Protection, del 1, sid 279-283, publicerad av P Peregrinus Ltd, Stevenage UK, Hertz 1981, New York; Det är en relativt enkel fysi- kalisk förklaring till detta. Det ekvivalenta schemat för en sådan spän- ningsmätning framgår av figur 2. Här är UP den högspänning som skall mätas och UPM den mätspänning som den kapacitiva spänningstransformatorn avger. 460. 804 En CVT-mätning omfattar förutom en kapacitiv spänningsdelare C en kompen- seringsinduktor LK samt en vanlig magnetisk transformator vars börda symboliseras med induktansen LB och resistansen RB. Överföringsfunktionen UPM/UP blir följaktligen u n + SL PM a a (6) GCVT = UP = RB + sLB + sLK + 1/sC_A Genom att välja LK och C så att . 1 I .iw +---=0 . (7) 0Lk JwoC _ där mb motsvarar nåtfrekvensen fo, blir överföringsfunktionen vid nätfrekvens alltid - Gcwuwo) = 1 <8) g: oberoende av belastningsbörda och effekt.

Vid låga frekvenser blir dock överföringsfunktionen sR C .GcW-(Jw) = _ (9) w-»O vilket leder till ett aperiodiskt insvangningsförlopp med en tidskonstant T = BBC efter en spönningsändring. För en typisk börda på 150 VA kommer T i regel att variera mellan 50 och 150 ms. ' Vid uppträdande felsituationer ör det i regel mycket bråttom med besked om 1; åtgärder för att förhindra skadlig inverkan. För de mycket snabba utvörde- : ríngsmetoder som numera står till buds för att bestämma de obekanta para- .Q metrarna i ekvationorna (3} och (5) innebar den felaktiga och av CVT- d transformatorn introducerade mätfelsspänningen omfattande felaktiga ut- värderingar och slutsatser. Eftersom CVT-utsvängningarna har varit kända under lång tid har också olika metoder tagits i anspråk för att reducera effekten av dessa. De oftast förekommande medlen har varit att på olika sätt filtrera bort CVT-utsvängningen. Nackdelen med detta förfarande blir då också en fördröjning av sann utvärdering.

U _46Û 804 Ranooönatsa rön UPPFINNINGEN _ - Pa grund av den introducerade CVT-mätfelsspänningen kommer de ansatser vad beträffar distansskyddsekvationerna som har redovisats att medföra stora felaktigheter vid bestämning av felläge och felresistans. Det har också visats att mätfelsspänningen i huvudsak har ett lågfrekvent spektrum. _ Enligt uppfinningen kompletteras därför de redovisade distansskyddsekva- tionerna med ett spänningsfall AUCVT som är avsett att representera det DA lågfrekventa mätfelsspänningsfallet. Detta medför att distansskyddsekva- tionerna generellt kan skrivas som PM = UP" (sann) + AUCVT (lågfrekvent) = aUPQ +aUF + ADCVT (10) vilken ekvation ger upphov till de utökade momentanvärdesmodellerna UPM1 = “ZPQIP * RF1IP * ^UcvT (11) och UPM2 = “ZPQIP * RF2^IP * ^UcvT (12) Uppfinningen innebär sålunda att man utgår från någon av dessa ansatser och att man med linjär regression söker parametrarna a. RF1 eller RF2 och AUCVT. Simuleringar har visat att man med denna ansats har-fatt en väsentlig förbättring vid bestämningen av felläge och skenbara felresis- tanser. Den viktigaste informationen som erhålles är självfallet värdet på u. Eftersom man normalt endast gör mätning i en station kan man inte få ett direkt mått på de tidigare redovisade proportionalitetskonstanterna kl och kz. Detta innebär att den verkliga felresistansen RF inte kan anges.

Distansskydden arbetar ju normalt i lzkvadranten av impedansplanet och skyddet får självfallet inte lösa ut för en belastningsresistans som ligger inom linjens överföringskapacitet. De gränsvärden för resistansen som skall medföra utlösning. se vidare under utföringsformer. måste därför anges med utgångspunkt från normal belastning och antagna värden på kl eller kz respektive de skenbara resistanserna RFI eller_RF2.

Bortre gräns för fellokalisering ligger i regel på 80-90 Z av lednings~ sträckan. 4eoi8o4 UTFÖRINGSFORMER En föredragen utföringsform av en anordning för felbestämning enligt upp- y finningen framgår av figur 3. På ett högspänningsnät RST och i en mät- station P uppmätes fasspänningar UP och fasströmmar IP. Som det har fram- gått kan man utgå från åtminstone två olika distansskyddsekvationer (11) och (12). Om man utgår från ekvation (11) ligger anordningen för fel- bestämning kontinuerligt inne och kontrollerar ledningens tillstånd. Om man utgår från ekvation (12) får man utgå från en minsta föreskriven ändring av IP för initiering av kontrollen av ledningens tillstånd. Detta är självklara och uppenbara förutsättningar för ett distansskydd och kommer därför ej att närmare redovisas.

Mätspänningen UPM erhålles som redovisats via en kapacitiv spänningsdelare 1 och en konventionell transformator 2. Strömmen IP mätes på konventio- nellt sätt med en strömtransformator 3.

Måtvärdena lågpassfiltreras i filtren Ä och 5, varvid i regel frekvenser över 500 Hz filtreras bort och A/D-omvandlas i donen 6 och 7. De momentana digitaliserade ström- och spänningsvärdena tillföres en kalkylator CALC, 8, som med linjär regressionsteknik bearbetar någon av de redovisade modellerna enligt (11) eller (12). Därvid erhålles uppskattade värden på de i ekvationerna ingående parametrarna a. som representerar fellëget.

RFI resp RF2. som representerar den skenbara felresistansen. och AUCVT, som representerar felspänningen.

Spänningsfallet AU saknar strängt taget vidare intresse.

CVT De av kalkylatorn framtagna värdena på a. RFI och RF2 tillföras en logikenhet 9 för Jämförelse med inlästa övre respektive undre gränsvärden R och R Om de erhållna a- och RF-värdena ligger min' mmax' Fmin Fmax° inom angivna gränser ges besked B om utlösning.

U De alternativa utföringsformer som står till buds innebär mer eller mindre integrerade sammanslagningar av donen för filtrering, för A/D-omvandling. för den linjära regressionen och för de nödvändiga logiska besluten.

Claims (6)

PATENTKRAV

1. Förfarande vid felbestämning efter det att ett fel har inträffat vid ett felläge (F) på en kraftöverföringsledning mellan två stationer (P, Q) och där hraftöverföringsledningen vid felfritt tillstånd har en känd led- ningsimpedans (ZPQ), vilket förfarande baseras på i en av stationerna (P) 'med kapacitiva spänningsmättransformatorer uppmätta värden på fasspän- ningarna (UPM) och med strömtransformatorer uppmätta värden på fasström- marna (IP) eller ändringar i fasströmmarna (AIP) vid ett fel och där de uppmätta värdena lágpassfiltreras och A/D-omvandlas. mk ä n n e t e c k - n a t av att vid felbestämningen med hjälp av de filtrerade och omvand- lade spänningsvärdena, ett med de filtrerade och omvandlade strömvärdena rekonstruerat värde för ett spänningsfall UPQ = ZPQIP över ledningen och med utgångspunkt från sambandet UPM = uUPQ + UF + AUCVT, där m repre- senterar ett màtt på felavståndet. UF representerar en spänning över felstället och AUCVT representerar en felspänning som introduceras av den kapacitiva spänningsmättransformatorn. bildas genom behandling med linjär regression ett värde på felavstàndet och ett värde på felspänningen över felstället och härur ett värde på en vid felstället skenbar resistans. varefter felläget jämföras med ett övre (amëx) och ett undre (umin) gränsvärde och att den skenbara felresistansen jämföras med ett övre (RFmax) och ett undre (Rpmin) gränsvärde och att utlösning (B) beordras då felläget och den skenbara felresistansen befinnes ligga inom respektive gränsvärden.

2. Förfarande vid felbestämning efter det att ett fel har inträffat på en kraftöverföringsledning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t av att en första skenbar felresistans (RFI) bestämmas med hjälp av linjär regression då felströmmen ansättes vara lika stor som den uppmätta strömmen i stationen (IP).

3. Förfarande vid felbestämning efter det att ett fel har inträffat på en kraftöverföringsledning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t av att en andra skenbar felresistans (RF2) bestämmas med hjälp av linjär regression då felströmmen ansättes vara lika stor som den uppmätta ändringen i strömmen vid feltillfället (AIP). 460 804m WW' I I i » I -a 46b 804

4.. Anordning för genomförande av förfarandet enligt patentkrav 1 vid felbestämning efter det att ett fel har inträffat vid ett felläge (F) på en kraftöverföringsledning mellan två stationer (P, Q) och där kraftöver- föringsledningen vid ett felfritt tillstånd har en känd ledningsimpedans (ZPQ) i vilken anordning i en av stationerna (P) ingår kapacitiva spän- 8 ningsmättransformatorer (1. 2) för uppmätning av fasspähningen (UPM) och strömtransformatorer (3) för uppmätning av fasströmmarna (IP) eller ändringar i fasströmmarna (AIP) vid ett fel samt don (H, 5) för lågpass- filtrering och don (6. 7) för A/D-omvandling av de uppmätta värdena, k ä n n e t e c k n a d av att filtrerade och omvandlade mätvärden till- föres en kalkylator CALC (8) anordnad att bestämma ett spänningsfall (UPQ) över ledningen och med utgångspunkt från sambandet UPM = uUPQ + UF + + AUCVT. där u representerar ett mått på felläget, UF representerar en spänning över felstället och AUCVT representerar en felspänning som introduceras av den kapacitiva spänningsmättransformatorn, och att med _ linjär regression bestämma ett värde på felavståndet och ett värde på (4 felspänningen över felstället och härur bestämma ett värde på en vid É felstället skenbar resistans, varefter dessa båda värden tillföres en logikenhet LOGIC (9). anordnad att jämföra felläget med ett övre (um ) GX gränsvärde och att jämföra den skenbara felresistan- och ett undre (umin) sen med ett övre (RFm8x) och ett undre (RFmin) gränsvärde samt att anordna utlösning (B) då felläget och den skenbara felresistansen befinnes ligga inom respektive gränsvärden. :

5. Anordning enligt patentkrav 4, k ä n n e t e'c k n a d av att kal- kylatorn är anordnad att bestämma ett värde på en första skenbar felresis~ tans med hjälp av linjär regression genom att felströmmen ansättes vara lika stor som den uppmätta strömmen i stationen.

6. Anordning enligt patentkrav Q.“ k ä n n e t e c k n a d av att kal- kylatorn är anordnad att bestämma ett värde på en andra skenbar felresis- tans med hjälp av linjär regression genom att felströmmen ansättes vara lika stor som den uppmätta ändringen i strömmen vid feltillfället.