Влияние погрешности в задании сопротивления системы удаленного конца на точность определения места повреждения на воздушных линиях электропередачи Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.311

ВЛИЯНИЕ ПОГРЕШНОСТИ В ЗАДАНИИ СОПРОТИВЛЕНИЯ СИСТЕМЫ УДАЛЕННОГО КОНЦА НА ТОЧНОСТЬ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА ПОВРЕЖДЕНИЯ НА ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЯХ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

А.А.Устинов1

Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Проведен анализ влияния погрешности в задании сопротивления системы удаленного конца на точность определения места повреждения по параметрам аварийного режима при односторонних измерениях на воздушных линиях электропередачи. Ил. 4. Табл. 1. Библиогр. 19 назв.

Ключевые слова: определение места повреждения; воздушные линии электропередачи; параметры аварийного режима; модель линии электропередачи.

ERROR EFFECT IN RESISTANCE DETERMINATION OF REMOTE-ENDED SYSTEM ON THE ACCURACY OF FAULT LOCATION IN OVERHEAD TRANSMISSION LINES A.A. Ustinov

National Research Irkutsk State Technical University, 83, Lermontov St., Irkutsk, 664074.

The author is engaged in the analysis of the error effect when determining the resistance of the remote-ended system on the accuracy of fault location according to the parameters of emergency mode with one-sided measurements on overhead transmission lines. 8 figures. 1 table. 19 sources.

Key words: fault location; overhead transmission lines; parameters of fault state; model of a transmission line.

Все методы одностороннего определения места повреждения по параметрам аварийного режима (ОМП по ПАР) на воздушных линиях (ВЛ) электропередачи можно разделить на те, которые используют информацию о сопротивлении системы удаленного конца линии, и те, которым такая информация не требуется.

Сопротивление системы удаленного конца линии в отличие от сопротивления системы в начале линии не может быть рассчитано по параметрам аварийного режима, так как односторонний метод ОМП по ПАР подразумевает отсутствие каналов связи для передачи информации с противоположного конца линии. Поэтому сопротивление должно задаваться заранее или меняться в зависимости от токов и напряжений в начале линии, исходя из накопленных эмпирических данных. Такой подход приводит к некоторой погрешности, т.к. в реальности в момент короткого замыкания сопротивление системы предаварийного режима меняется из-за работы регуляторов системы возбуждения генераторов на станциях; заметное влияние могут оказывать оперативные переключения и ремонтные режимы сети.

Как было показано в [19], односторонние методы ОМП по ПАР могут быть разделены по величине погрешности в порядке уменьшения на три группы:

I группа: метод по измерению реактанса (ФИС-1, ФИС-2) [3, 4];

II группа: метод, основанный на теории дистанци-

онного замера на линии с двухсторонним питанием (МФИ, МИР, ФПМ, ИМФ-3Р, ИМФ-3С, ПУМА 1100, Парма РП4.06, АУРА, БЭ2704); метод, основанный на сопряженном аварийной составляющей тока питающей системы начала линии (Multilin D60, Multilin L90); метод, основанный на мгновенных значениях параметров аварийного режима (MiCOM P43x, MiCOM P54x, ИРА) [1-15];

III группа: авторские методы, разработанные в Ир-ГТУ [19]; усовершенствованный метод с угловой коррекцией, основанный на теории дистанционного одностороннего замера на линии с двухстронним питанием [2]; усовершенствованный метод с угловой коррекцией, основанный на сопряженном аварийной составляющей тока питающей системы начала линии [16]; метод, основанный на критерии равенства нулю реактивной мощности в месте повреждения (ТЛ2606.1Х, ТОР200-Л, ТОР100-ЛОК, Бреслер-0107.010, БЭ2704 V03, REL5xx, REL6xx) [1, 3, 4].

При этом I и II группы не требуют информации о сопротивлении системы удаленного конца линии, но обладают методической погрешностью, зависящей от параметров ВЛ и режима (величина оценена в [19]).

III группа методов требует точного значения сопротивления системы противоположного конца, в этом случае методическая погрешность ОМП равна нулю.

Однако сопротивление системы удаленного конца линии имеет динамичный характер, зависящий от режима сети. Как следствие, возникает разница между

1Устинов Алексей Александрович, аспирант, ведущий инженер, исполняющий обязанности главного инженера проекта, тел.: 89501136489, e-mail: for_black_mail@mail.ru

Ustinov Alexey, Postgraduate Student, Leading Engineer, Acting Chief Engineer of the Project, tel.: 89501136489, e-mail: for_black_mail@mail.ru

реальным сопротивлением и сопротивлением, заданным в устройстве ОМП, что приводит к погрешности ОМП.

В свете сказанного возникает вопрос о допустимых пределах применения III группы методов при неточном задании сопротивления системы удаленного конца по сравнению с методами I и II групп.

Для исследования данного вопроса рассмотрим поясняющую схему одноцепной симметричной воздушной линии электропередачи длиной I с двухсторонним питанием (рис. 1). Использование симметричной линии электропередачи и усредненных параметров не оказывает значительного влияния на погрешность ОМП, что подтверждается [1, 5].

Линия электропередачи имеет следующие параметры:

7 7 7

—ш, 2л и —оЛ - полные комплексные сопротивления прямой, обратной и нулевой последовательностей линии электропередачи соответственно;

7' 7" 7' 7" 7' 7''

_1с и —1С, —2С и —2С, —0С и —0С - эквивалентные сопротивления прямой, обратной и нулевой последовательностей со стороны системы А и со стороны системы Б соответственно;

Е' и Е" - эквивалентные ЭДС со стороны системы А и со стороны системы Б соответственно;

ЯП - переходное сопротивление в месте повреждения;

1К - расстояние до места повреждения от начала линии (система А) до места повреждения.

При возникновении короткого замыкания на линии электропередачи к приборам ОМП подводятся токи I (со стороны системы А) и /" (со стороны системы Б) и напряжения и' (на шинах А) и и" (на шинах Б). Полный ток короткого замыкания через переходное сопро-

марка провода 3х АС -500/64; расположение проводов разных фаз горизонтальное;

расстояние между проводами (геометрическим центром связок) соседних фаз 11 м ;

расположение проводов в одной фазе: в вершинах равностороннего треугольника с основанием, повернутым к верху, длина стороны 4 м.

Параметры линии (поперечные и продольные сопротивления) определяются в соответствии с [13, 14].

Сопротивление прямой (обратной) последовательности системы А (ближнего конца линии) 7' = 7' =7.9280 + 40.7024/ Ом , нулевой -

- 1С - 2С

7' =9.2718 + 46.6021/ Ом ; сопротивление прямой

- 0С

(обратной) последовательности системы Б (противоположного конца линии) 7" =15.8560 + 81.4048/ Ом ,

- 1С

нулевой - 7" =18.5436 + 93.2042/ Ом .

- 0С

Угол между ЭДС систем А и Б равен 30°, переходное сопротивление в месте повреждения 5 Ом, длина линии 200 км.

Для изучения влияния погрешности в задании сопротивления системы удаленного конца линии построим кривые изменения относительной погрешности в зависимости от удаленности однофазного короткого замыкания и величины погрешности в задании сопротивления системы удаленного конца. При этом, в первом случае будем менять только абсолютную величину (модуль) сопротивления системы удаленного конца, сохраняя аргумент сопротивления; во втором -аргумент сопротивления при сохранении абсолютной величины (модуля)сопротивления.

Для большей наглядности, в связи с большим количеством кривых, разнесем методы, обладающие одинаковой погрешностью, по разным графикам.

На рис. 2 приведены кривые зависимости относи-

Е' у

Система А

&

I

п1_хл и 0 —I л

Г

1к

и

уч Е"

г и"

Система Б

Яг,

п

Рис. 1. Поясняющая схема при повреждении на одиночной линии с двухсторонним питанием

тивление 1К складывается из аварийных составляющих тока короткого замыкания от системы А 1'Кав и от

системы Б ГКае [3, 4].

Линия обладает следующими параметрами(более подробно вопрос выбора параметров рассмотрен в [19]):

напряжение линии 500 кВ;

высота подвеса проводов у опоры 22 м;

расчетная высота подвеса проводов 12.5 м;

тельной погрешности от удаленности однофазного короткого замыкания при отношении модуля истинного сопротивления системы удаленного конца к модулю сопротивления, заданному в устройстве ОМП, равном 0.05, 0.1, 1, 10 и 100 (аргумент сопротивления - константа).

На рис. 3 приведены кривые зависимости относительной погрешности от удаленности однофазного короткого замыкания при задании аргумента сопротивления системы удаленного конца 0°, 30°, 60°, 90°

(т.е. с разной погрешностью относительно истинного аргумента сопротивления системы удаленного конца).

Объем работы не позволяет привести все кривые зависимости относительной погрешности от удаленности повреждения, поэтому приводятся только крайние значения погрешности в виде сводной таблицы. В данной таблице собраны минимальные и максимальные погрешности при однофазных коротких замыканиях (ОКЗ) в конце и начале линии одноцепной и двухцепной ВЛ либо в зависимости от отношения модуля истинного сопротивления системы удаленного конца к заданному в устройстве ОМП, либо в зависимости от аргумента сопротивления системы удаленного конца.

На основании полученных данных можно сделать следующие выводы.

В случае сохранения аргумента сопротивления системы удаленного конца, но при изменении модуля сопротивления наибольшей точностью при повреждении на разных участках линии обладают либо III группа, либо II группа методов.

Кривые погрешностей указанных выше групп методов (рис.4) при любых ошибках в задании сопротивления системы удаленного конца (по абсолютной величине при сохранении аргумента сопротивления) пересекаются в точке, где коэффициент токораспре-деления является действительным числом, при использовании в расчете сопротивления, заданного в устройстве ОМП (назовем эту точку условно «особой»).

а)

40

35

30

о 25

Л

20

- 2

1 15

О

е- ю

б)

» .......Ii........

/ i

i

i

t i /

Ь---1 тш\ t-i 1«< 1- =| tri t.......

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1 Длина ллшш /, o.e.

- •- 0 05

0.1

- *- 1

- 10 -ж- 100

-4 !| I I I ""■"' I I I I

-6 :::::::::::

О ОД 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 gj Длина ллшш I. o.e.

Рис. 2. Кривая зависимости относительной погрешности ОМП от удаленности однофазного КЗ при неточном определении сопротивления системы удаленного конца при сохранении постоянным угла между активной и реактивной составляющими: а - для I группы методов; б - для II группы методов; в - для III группы методов

О 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 Длина линии /, o.e.

е)

Рис. 3. Кривая зависимости относительной погрешности ОМП от удаленности однофазного КЗ при неточном определении сопротивления системы удаленного конца при сохранении абсолютной величины: а - для I группы методов; б - для II группы методов; в - для III группы методов

Подтверждение этому можно получить также и аналитически, если приравнять выражение ОМП одного из методов II группы

Im

( U' ^

Г

К Кае У

Im

Г

.Кае У

к выражению одного из методов III группы

(1)

Im

U'

n = -

Г ■ е

К Кае с

,- jß

Im

Г Z,

(2)

Г ■ е

К Кае с

- j ß

Равенство выражений (1) и (2) возможно только в случае действительности коэффициента токораспре-деления (равенстве нулю угла

( V \

ß = arg

Г

1 Кае К 1К У

= arg (C')).

n=

к

Е—I

О

3,5 3

=Р 2,5

5 2

н о

| 1,5

(U 1

6 1

о

с 0,5

0

-0,5

*

/ /

/

/

Z >

/

т Г

ц. - + -»-t-i-•--Г

II. 0.25 -III. 0.25

0,9

1 1,1

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 Длина линии /, o.e.

Рис. 4. Кривая зависимости относительной погрешности ОМП от удаленности однофазного КЗ при ошибке в определении модуля сопротивления системы удаленного конца при использовании II и III групп методов

Часть кривой погрешности III группы методов, находящейся левее «особой» точки, всегда лежит выше кривой II группы методов.

Часть кривой погрешности III группы методов, находящейся правее «особой» точки, всегда лежит ниже кривой II группы методов.

В случае, когда истинное сопротивление системы удаленного конца меньше сопротивления, заданного в устройстве ОМП, более чем на порядок (по абсолютной величине при сохранении аргумента сопротивления), условно кривую погрешности можно разбить на три участка:

- первый, погрешность методов II группы больше, чем III группы методов (от нуля до 0.33 о.е. длины

линии);

- второй, погрешность методов II группы меньше, чем III группы методов (от 0.33 до 0.9-0.95 о.е. длины линии);

- третий, погрешность методов II группы больше, чем III группы методов (от 0.9-0.95 до 1 о.е. длины линии).

В случае, когда истинное сопротивление системы удаленного конца больше сопротивления, заданного в устройстве ОМП, более чем на порядок (по абсолютной величине при сохранении аргумента сопротивления), условно кривую погрешности можно разбить на два участка, разделяемых «особой» точкой. При этом

Номер группы методов Изменяемый параметр Диапазон изменения относительной погрешности ОМП в % при ОКЗ

в начале ВЛ в конце ВЛ

min/max min/max

Одноцепная ВЛ

I Отношение модуля истинного сопротивления к заданному в устройстве ОМП (от 0.05 до 100) 0.47/1.40 0.55/249.00

Аргумент сопротивления (от 0° до 90°) 0.85/1.77 2.91/9.06

II Отношение модуля истинного сопротивления к заданному в устройстве ОМП (от 0.05 до 100) 0.00/-0.54 0.05/34.42

Аргумент сопротивления (от 0° до 90°) -0.31/1.75 -0.91/7.36

III Отношение модуля истинного сопротивления к заданному в устройстве ОМП (от 0.05 до 100) 0.07/-0.44 -0.16/21.51

Аргумент сопротивления (от 0° до 90°) -0.22/1.82 -1.51/7.17

Двухцепная ВЛ

I Отношение модуля истинного сопротивления к заданному в устройстве ОМП (от 0.05 до 100) 0.47/0.92 1.27/244.00

Аргумент сопротивления (от 0° до 90°) 0.62/1.31 3.25/12.41

II Отношение модуля истинного сопротивления к заданному в устройстве ОМП (от 0.05 до 100) 0.00/-0.16 0.06/23.16

Аргумент сопротивления (от 0° до 90°) -0.14/0.95 -1.30/9.03

III Отношение модуля истинного сопротивления к заданному в устройстве ОМП (от 0.05 до 100) 0.02/-0.13 -0.13/8.94

Аргумент сопротивления (от 0° до 90°) -0.12/0.97 -1.75/8.77

погрешность III группы методов больше, чем погрешность II группы методов на всем протяжении линии.

При ошибке в определении сопротивления системы удаленного конца в любую из сторон на меньшую величину (в 4-5 раз) на всём протяжении линии наибольшей точностью обладают методы III группы. Аналогичные результаты сохраняются и при замере с другой стороны линии.

В случае сохранения абсолютной величины сопротивления при изменении аргумента сопротивления, если истинный аргумент сопротивления системы удаленного конца меньше аргумента сопротивления, заданного в устройстве ОМП, то погрешность III группы методов меньше погрешности II группы методов. Если истинный аргумент сопротивления больше аргумента сопротивления, заданного в устройстве ОМП, то погрешность III группы методов больше погрешности II группы методов (при отклонении более чем на 2-3°). При использовании ПАР противоположного конца линии ситуация аналогична.

Таким образом, при возникновении отличия между истинным сопротивлением системы противоположного конца и сопротивлением, заданным в устройстве ОМП, наибольшей точностью при повреждении на разных участках линии обладают либо методы III группы, либо методы II группы. Это особенно заметно при больших отклонениях от истинного сопротивления.

При относительно небольшом отличии между истинным сопротивлением системы противоположного конца и сопротивлением, заданным в устройстве ОМП (соответствующем реальным переключениям в энергосистемах и изменению режимов «зимний/летний»), наибольшей точностью обладают методы III группы. Следовательно, именно они могут быть рекомендованы к внедрению на практике и замене методов II группы, которые в настоящее время используются в подавляющем большинстве устройств ОМП.

1. Аржанников Е.А., Лукоянов В.Ю., Мисриханов М.Ш. Определение места короткого замыкания на высоковольтных линиях электропередачи / под ред. В.А.Шуина. М.: Энерго-атомиздат, 2003. 272 с.

2. Аржанников Е.А. Дистанционный принцип в релейной защите и автоматике линий при замыканиях на землю. М.: Энергоатомиздат, 1985. 176 с.

3. Висящев А.Н. Приборы и методы определения места повреждения на линиях электропередачи: учеб. пособие. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2001. Ч.1. 188 с.

4. Висящев А.Н. Приборы и методы определения места повреждения на линиях электропередачи: учеб. пособие. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2001. Ч.2. 146 с.

5. Малый А.С., Шалыт Г.М., Айзенфельд А.И. Определение мест повреждения линий электропередачи по параметрам аварийного режима. М.: Энергия, 1972. 215 с.

6. Машенков В.М. Особенности определения места повреждения на ВЛ напряжением 110-750 кВ. СПб.: Издание Центра подготовки кадров энергетики, 2005. 47 с.

7. Тарасов В.А. Опыт эксплуатации микропроцессорных устройств ОМП в Курганской энергосистеме (электронный вариант).

8. Индикатор микропроцессорный фиксирующий ИМФ-3Р. Руководство по эксплуатации, паспорт. ЗАО «Радиус-Автоматика», г. Москва (электронный вариант).

9. Комплектные устройства защиты и автоматики 6-35 кВ ТОР 200-Л. Руководство по эксплуатации. АИПБ.656122.005 РЭ, 2008 г (электронный вариант).

10. Определение места повреждения. Руководство пользователя. ЭКРА.656132.091 Д7 (электронный вариант).

11. Регистратор процессов цифровой «Парма РП 4.06». Определение места повреждения на воздушных линиях электропередач. Руководство пользователя.

ский список

РА1.004.006ОП-ОМП-15, ООО «Парма». СПб., 2004 (электронный вариант).

12. Техническое руководство. Дифференциальная токовая защита линии. Терминал MiCOM P54x (электронный вариант).

13. Application manual, Line distance protection terminal, REL 511*2.5 1MRK 506 168-UEN, December 2006, Revision: B; (электронный вариант).

14. GE Industrial Systems. D60 Line Distance Protection System. Instruction Manual. D60 Revision: 5.5x. 2008 GE Multilin (электронный вариант).

15. L90 Line Current Differential System UR Series Instruction Manual L90 revision: 5.6x Manual P/N: 1601-0081-T1 (GEK-113488) Copyright © 2008 GE Multilin (электронный вариант).

16. T. Takagi, Y. Yamakoshi, M. Yamaura, R. Kondou, and T. Matsushima, «Development of a New Type Fault Locator Using the One-Terminal Voltage and Current Data». IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, Vol. PAS-101, No. 8, August 1982, pp. 2892-2898.

17. Баташов А.И. Проектирование электроэнергетических систем. Требования, тематика, исходные данные, постановка задачи, расчет и анализ режимов работы, оформление проекта и защита: Методические указания для дипломного проектирования для студентов специальности 140205 «Электроэнергетические системы и сети» /ВСГТУ. Улан-Удэ, 2005. 75 с.

18. Методические указания по устойчивости энергосистем. М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2004. 18 с.

19. Устинов А.А., Висящев А.Н. Итерационные методы определения места повреждения по параметрам аварийного режима при односторонних измерениях на воздушных линиях электропередачи. Вестник ИрГТУ. 2010. №5. С. 260-266.