Спосіб визначення відстані до місця локального дефекту ізоляції та опору цього дефекту у розподільчих мережах

Спосіб визначення відстані до місця локального дефекту ізоляції та опору цього дефекту у розподільчих мережах, при якому визначають параметри режиму мережі і використовують для розрахунків схему заміщення мережі при послідовній зміні припустимого місця локального дефекту ізоляції вздовж усього приєднання, який відрізняється тим, що контролюють значення амплітуди струму н ульової послідовності приєднання з локальним дефектом ізоляції та значення кута між вектором струму нульової послідовності приєднання з локальним дефектом ізоляції та вектором напруги C2 2 83878 1 3 83878 ної частоти за допомогою попередньо розрахованих залежностей частоти від відстані до замикання визначають відстань до місця замикання. Спосіб має низьку точність, є складним з-за необхідності визначення струму з частотою вільних коливань і не може використовуватись при замиканні на землю через опір. Найбільш близьким аналогом є спосіб [Welfonder Т., LeitloffV., Fenillet R, Vitet S. Location strategies and evaluation of detection algorithms for earth faults in compensated MV distribution systems. - IEEE Transactions on Power Delivery, 2000, vol. 15, No. 4, Oct.], згідно з яким визначають напругу на шинах джерела живлення і струм пошкодженого приєднання з частотою вільних коливань, далі визначені параметри режиму використовують у розрахунках в еквівалентній схемі заміщення мережі при послідовній зміні припустимого місця пошкодження вздовж усього приєднання, внаслідок чого отримують значення відстані до місця замикання як корені рівняння мережі. Визначення струму з частотою вільних коливань перехідного процесу важке з-за значного загашення, а при швидкому зникненню дуги повністю неможливе. При виникненні замикання на землю через опір, що виникає при місцевих дефектах ізоляції, цей спосіб не може забезпечити визначення відстані до місця дефекту. Загальними ознаками прототипу та заявляемого винаходу є те, що в них виконується визначення параметрів режиму (напруга на шинах джерела живлення і струм пошкодженого приєднання з частотою вільних коливань) та використовуються розрахунки в схемі заміщення мережі при послідовній зміні припустимого місця пошкодження вздовж усього приєднання. В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу визначення відстані до місця локального дефекту ізоляції та опору цього дефекту у розподільчих мережах, у якому нові операції та їх послідовність, дозволили б визначати відстань не тільки до замикань на землю, а й до локальних дефектів ізоляції, а також визначати опір локального дефекту ізоляції за рахунок визначення амплітуди струм у н ульової послідовності та кута між вектором цього струму та вектором напруги між двома фазами і порівняння визначених значень відповідно з значеннями цих параметрів, які отримуються на математичній моделі мережі в процесі послідовних розрахунків при зміні кроками місця припустимого пошкодження ізоляції вздовж пошкодженого приєднання та зміни на кожному кроці величини опору у місті дефекту ізоляції від нуля до максимально припустимого. Поставлена задача вирішується тим, що в спосіб визначення відстані до місця локального дефекту ізоляції та опору цього дефекту у розподільчих мережах, який визначає параметри режиму мережі і виконує розрахунки в схемі заміщення мережі при послідовній зміні припустимого місця локального дефекту ізоляції вздовж усього приєднання, згідно винаходу, додатково як контролюємі параметри режиму використовує значення амплітуди стр уму н ульової послідовності приєднання з локальним дефектом ізоляції та значення кута між 4 вектором струму нульової послідовності приєднання з локальним дефектом ізоляції та вектором напруги між двома фазами, контролює амплітуду струму н ульової послідовності приєднання з локальним дефектом ізоляції і при перевищенні амплітудою струму нульової послідовності приєднання з локальним дефектом ізоляції припустимого значення виконує порівняння значень контролюємих параметрів режиму, які отримані в результаті вимірювання, з значеннями цих параметрів, які визначаються на моделі розподільчої мережі у наслідок розрахунків при послідовній зміні кроками відстані до припустимого місця локального дефекту ізоляції та послідовній зміні на кожному кроці опору у місці локального дефекту ізоляції, який моделюється, від нуля до максимально допустимого значення, і якщо на наступному кроці розрахунків виміряне значення величини амплітуди струму нульової послідовності дорівнюється розрахунковому значенню і виміряне значення кута між вектором струму нульової послідовності приєднання з локальним дефектом ізоляції та вектором напруги між двома фазами дорівнюється розрахунковому значенню кута, то видає повідомлення про те, що розрахункова відстань до місця локального дефекту ізоляції на цьому кроці розрахунків дорівнюється дійсній відстані та розрахунковий опір ізоляції у місці локального дефекту на цьому кроці розрахунків дорівнюється дійсному значенню опору дефекту, при цьому в моделі розподільчої мережі автоматично враховуються зміни конфігурації мережі. Указані ознаки складають суть винаходу, так як являються необхідними та достатніми для досягнення технічного результату. Використання у винаході значення амплітуди вектору струму нульової послідовності приєднання з пошкодженням та значення кута між вектором струму н ульової послідовності приєднання з пошкодженням та вектором міжфазної напруги для відомого режиму розподільчої мережі дозволяє однозначно визначати відстань до місцевого дефекту ізоляції та значення опору цього дефекту ізоляції. Розглянемо наприклад приєднання навантаження, схема заміщення якого наведена на Фіг.1. При складанні схеми заміщення (Фіг.1) приєднання навантаження (двигуна або трансформатора) у мережі з ізольованою нейтралью прийняті наступні припущення: - елементи схеми заміщення симетричні, тобто відповідні повздовжні та поперечні опори різних фаз рівні між собою; - ємності фаз по відношенню до землі усієї мережі, серед яких і ємності контролюємого приєднання, враховуються сумарною величиною, яка зосереджена на початку відповідних фаз приєднання; - активні провідності ізоляції фаз по відношенню до землі не враховуються. При необхідності їх врахування не викликає труднощів і виконується шляхом підключення активного опору паралельно ємностям фаз мережі. Найбільший вплив на точність визначення залежності струму нульової послідовності від відста 5 83878 ні серед прийнятих припущень може викликати врахування ємності приєднання зосередженою на виводах приєднання, тобто відсутність ура хування зміни двох частин приєднання (до точки дефекту та після точки дефекту) при переміщенні точки дефекту ізоляції. Оскільки ємність приєднання значно менша сумарної ємності мережі, то цим впливом можна знехтувати. На схемі заміщення (Фіг.1) прийняті наступні позначення: Z - повздовжній комплексний опір фази приєднання (лінії та навантаження); ХС - поперечна провідність фази мережі по відношенню до землі; RДЕФ - активний опір локального дефекту ізоляції, який знаходиться на відстані lДЕФ від початку приєднання; І1с, І 2с, І3с - стр уми відповідно крізь поперечні провідності фаз 1, 2, 3 мережі по відношенню до землі; І1, І2 , І 3 - струми відповідно крізь повздовжні провідності фаз 1, 2, З навантаження приєднання; І0 - стр ум нульової послідовності, який проходить крізь місце дефекту ізоляції (замикання на землю). Запишемо рівняння, які описують робочий режим приєднання у випадку виникнення дефекту ізоляції з опором кдеф в одній з фаз. -І1с×Xc+I 1×Z–I3(1-lДЕФ)×Z+I 0×RДЕФ=0 -І2с×Xc+I 2×Z–I3(1-lДЕФ)×Z+I 0×RДЕФ=0 -І3с×Xc+I 3×b×Z–I0×b×Z+I 0×RДЕФ=0 & U = I × Z - I × Z, 12 1 2 & U23 = I1 × Z - I0 × b × Z - I0 × b × Z - I3 × Z, & U31 = I0 × b × Z + I3 × Z - I1 × Z, I1с + I2с + I3 с + I0 = 0, І1 + І2 + І3 = 0. & & & Напруги між фазами U12 , U23 , U31 не змінюються при виникненні дефекту ізоляції а тому приймаються такими, що їх значення відомі і рівні напрузі джерела живлення. Після перетворення системи рівнянь отримаємо: & & 1 - l ДЕФ U31 - U23 І0 = Xc + l ДЕФ 3 - 2l ДЕФ × Z + 3R ДЕФ Аналіз отриманого співвідношення показує, що вектор струму нульової послідовності I0 (амплітуда та його фаза) залежить від відстані дефекту lДЕФ та опору у місті дефекту RДЕФ. Повздовжній опір фази приєднання Z є незмінною величиною. Значення ХС залежить від режиму мережі, а тому для забезпечення відповідності результатів розрахунків та реальних вимірювань при зміні конфігурації мережі необхідно відповідним чином змінювати ХС (збільшувати або зменшувати у залежності від того чи вмикають або вимикають електричні приєднання). Приклад, пояснюючий сутність способу, наведено на Фіг.2, де наведено пристрій для визначення відстані до локального дефекту ізоляції та визначення значення опору у місці пошкодження ( ( )( ) ) 6 ізоляції. Пристрій складається з блоку 1 визначення амплітуди вектору струм у н ульової послідовності та кута d між вектором струму нульової послідовності, та вектором напруги між двома фазами, перший вхід блоку 1 з'єднано з виходом трансформатору стр уму нульової послідовності 2, який встановлено на приєднанні з пошкодженням ізоляції, другий вхід блоку 1 з'єднано з виходом трансформатору напруги 4, який з'єднано з началом пошкодженого приєднання, вихід блоку 1 з'єднано з блоком порівняння 5 амплітуди вектора струму н ульової послідовності з допустимим значенням, блоку 6 зміни кроками DІ відстані від початку приєднання до припустимого місця локального дефекту, блоку 7 виконання циклу зміни кроками DR величини опору у місті локального дефекту ізоляції від нуля до максимально припустимого значення, блоку 8 розрахунків на математичній моделі мережі вектора струму н ульової послідовності та кута д між цим вектором струму та вектором напруги між двома фазами, до другого входу блоку 8 приєднано вихід блоку 9 введення змін конфігурації мережі, до виходу блоку розрахунків 8 приєднані послідовно з'єднані блок 10 порівняння амплітуди розрахованого вектора струму н ульової послідовності ІМАКС Р з амплітудою виміряного вектора дійсного струму н ульової послідовності ІМАКС Д, блок 11 порівняння між собою кутів е розрахованого і виміряного векторів струму нульової послідовності по відношенню відповідно до розрахованого і виміряного векторів напруги між двома фазами , блок 12 індикації визначених значень відстані до місця локального дефекту ізоляції та значення опору у місті дефекту ізоляції, до другого виходу блоку 6 зміни кроками відстані підключено вхід блоку 1 визначення векторів струму та напруги. Значення амплітуди вектору дійсного струму нульової послідовності ІМАКС Д з виходу блоку 1 безперервно порівнюється у блоці 5 з його допустимим значенням ІМАКС ДОП. При відсутності дефектів ізоляції на приєднанні 3 амплітуда вектора струму н ульової послідовності ІМАКС Д має значення менше, ніж допустиме ІМАКС ДОП, а тому на ви ході "Так" 13 блоку 5 сигнал про перевищення буде відсутній, а на виході "Ні" 14 буде присутній сигнал про те, що амплітуда вектора струму нульової послідовності не перевищує допустиме значення. Сигнал з виходу "Ні" 14 надходить на вхід блоку 1, завдяки чому безперервно виконується визначення вектору дійсного струму н ульової послідовності. Тому що з виходу "Так" 13 не надходить сигнал на вхід блоку 6, блоки 6, 7, 8, 10, 11, 12 не виконують ніяких дій і блок 12 індикації надає інформацію про відсутність дефектів ізоляції на цьому приєднанні. Блок 5 не змінює вихідних сигналів на виходах 13 і 14 поки не з'явиться дефект ізоляції. Блок 9 при зміні конфігурації мережі змінює значення поперечної провідності фази мережі по відношенню до землі ХС, яке використовується у математичній моделі мережі у блоці 8. У разі виникнення локального дефекту ізоляції на приєднанні 3 струм нульової послідовності збільшується і значення амплітуди вектору цього струму перевищить допустиме значення ІМАКС ДОП, 7 83878 а тому на виході "Ні" 14 зникає сигнал, а на виході "Так" 13 з'являється сигнал про те, що амплітуда струму нульової послідовності перевищила допустиме значення. Значення амплітуди визначеного вектору дійсного струму нульової послідовності запам'ятовується і надходить у блок 10 і дійсне значення кута d між цим вектором струму та вектором напруги між двома фазами запам'ятовується і надходить у блок 11. Поява сигналу на вході блоку 6 призводить до того, що з його виходу 15 надходить нульове значення відстані дефекту ізоляції, тобто приймається припущення про виникнення дефекту ізоляції у началі приєднання, у той же час з виходу блоку 7 надходить нульове значення опору у місті локального дефекту ізоляції, тобто приймається припущення про виникнення "металевого" замикання на землю у началі приєднання. Обидва значення надходять на вхід блоку 8, який виконує розрахунок вектора струму нульової послідовності та розрахунок кута d між цим вектором та вектором напруги між двома фазами на математичній моделі. У моделі враховуються параметри припустимого локального дефекту ізоляції та реальна конфігурація розподільчої мережі, яка враховується завдяки інформації з блоку 9. Результат розрахунку амплітуди вектора струму нульової послідовності з виходу 17 блоку 8 надходить на вхід блоку 10, який виконує порівняння амплітуди вектора розрахованого струму н ульової послідовності ІМАКС Р з значенням амплітуди визначеного у блоці 1 дійсного вектора струму нульової послідовності ІМАКС Д, яке було запам'ятовано. Якщо амплітуди розрахованого та дійсного векторів відрізняються, то на виході "Ні" 18 блоку порівняння 10 з'являється сигнал, який надходить на вхід 19 блоку 7, завдяки чому на виході 16 блоку 7 збільшується на один крок DR значення опору у припустимому місті локального дефекту ізоляції. У блоці 8 виконується розрахунок вектору струму нульової послідовності та кута d між цим вектором та вектором напруги між двома фазами при новому значенні опору припустимого локального дефекту ізоляції. Нове значення вектору розрахованого струму н ульової послідовності з виходу 17 надходить на вхід блоку порівняння 10. Таким чином продовжуються розрахунки при покроковому збільшенні з кроком DR блоком 7 значення опору у місці припустимого локального дефекту ізоляції на початку приєднання поки не зрівняються амплітуди розрахованого і дійсного векторів нульової послідовності, про що буде свідчить поява сигналу на виході "Так" 20 блоку 10. Якщо внаслідок покрокової зміни у блоці 7 буде досягнуте максимальне значення опору, а при цьому на виході "Так" 20 сигнал не з'явився, то на виході 21 блоку 7 з'являється сигнал, який надходить на вхід 22 блоку 6. Завдяки цьому у блоці 6 збільшується на один крок Dl відстань lДЕФ від початку приєднання до припустимого місця локального дефекту ізоляції, а у блоці 7 встановлюється нульовий опір припустимого локального дефекту ізоляції. На моделі 8 8 виконується новий розрахунок амплітуди вектора та кута струму н ульової послідовності при ІДЕФ = Dl, RДЕФ = 0. Якщо на ви ході "Так" 20 з'являється сигнал, який свідчить про те, що амплітуди розрахованого та дійсного векторів струму н ульової послідовності рівні між собою, то цей сигнал надходить на вхід блоку 11. Блок 11 порівнює значення кута d, розрахованого на моделі 8, та значення дійсного кута d, яке було запам'ятовано. Якщо вказані кути не рівні між собою, то на виході "Ні" 23 блоку 11 з'являється сигнал, який надходить на вхід 19 блоку 7 і на виході 16 з'являється значення опору на DR більше попереднього значення. У блоці 8 знов виконується розрахунок. Якщо порівняння нових розрахованих значень амплітуди та кута вектора струму н ульової послідовності з дійсними значеннями у блоках 10 та 11 не приводить до одночасної появи сигналів на виході "Так" 20 та виході "Так" 24 блоку 11, то сигнали "Ні" на виходах 18 та (або) 23 призводять до зміни на виході 16 припустимого значення опору дефекту ізоляції на величину DR. Виконується розрахунок на моделі 8 при lДЕФ=DІ, RДЕФ=DR і так далі виконуються нові розрахунки при збільшенні кроками RДЕФ до тих пір, поки не з'являться одночасно сигнали "Так" на виходах 20 і 24, або поки на виході 16 не буде досягнуте максимально допустиме значення RДЕФ=RМАКС. При появі сигналу "Так" одночасно на виходах 20 і 24 робиться висновок про те, що розрахункові значення lДЕФ та RДЕФ на цьому кроці розрахунків збіглися з їх дійсними значеннями, а тому у блоці 12 виконується індикація цих значень. Якщо сигнал "Так" не з'явився на виході 24, а значення опору припустимого дефекту досягло максимального значення RДЕФ=RМАКС, то сигнал з виходу 21 надходить на вхід 22, завдяки чому на виході 15 з'являється сигнал про збільшення відстані припустимого локального дефекту на DІ, тобто приймається lДЕФ=2×DІ. Виконується новий цикл розрахунків амплітуди та кута струму нульової послідовності при постійному значенні lДЕФ=2×DІ і зміні RДЕФ від нуля до максимального значення RМАКС. При цьому виконується виявлення появи сигналу "Так" на виході 24, що можливе тільки при наявності сигналу "Так" на виході 20 і однакових значеннях розрахункового та дійсного кутів. При відсутності сигналу "Так" на виході 24 відстань lДЕФ змінюється до 3×Dl і так далі покроково змінюється відстань lДЕФ і при кожному новому значенні lДЕФ змінюється R від нуля до RМАКС При одночасній появі сигналу "Так" на вихода х 20 і 24 блок 12 надає інформацію про відстань та опор локального дефекту ізоляції і на його виході 25 з'являється сигнал, який надходить у блок 6, завдяки чому з виходу 26 у блок 1 надходить сигнал і пристрій переходить у стан готовності до нової дії при його автоматичному підключенню до другого приєднання навантаження. 9 Комп’ютерна в ерстка Н. Лисенко 83878 Підписне 10 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601