RU2834186C1 - Method of double-sided wave determination of place of phase-to-phase damage on power transmission line with branches - Google Patents

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: according to the proposed method, the point of phase-to-phase damage is determined from measurements of two devices installed at the ends of the power transmission line (PTL). In each device, based on a wave process signal, a comparator determines the polarity of the primary wave and the polarity of the waves following it, wherein working waves are those whose polarity coincides with the polarity of the primary wave, and the moment of arrival is at a distance from the moment of arrival of the primary wave for a time not exceeding the time of travel of the wave of double the length of the damaged branch. Information on durations of intervals between the moments of arrival of working waves and the moment of arrival of the primary wave is obtained, and a pair of equal ones is detected among said durations of intervals of two devices. True distance to the point of phase-to-phase damage is the distance to the point in the damaged branch, to which the wave will reach from the point of its connection to the power transmission line for half the duration of the interval of the said detected pair.

EFFECT: increasing the accuracy of determining the distance to the location of phase-to-phase damage on a power transmission line (PTL) with branches.

1 cl, 3 dwg

Description

Translated fromRussian

Изобретение относится к электротехнике, а именно к релейной защите и автоматике, и может быть использовано для определения места повреждения (ОМП) на линии электропередачи (ЛЭП) с ответвлениями.The invention relates to electrical engineering, namely to relay protection and automation, and can be used to determine the fault location (FL) on a power transmission line (PTL) with branches.

Известен способ двухстороннего волнового ОМП на ЛЭП (патент РФ № 2774050, дата публикации: 14.06.2022), согласно которому место междуфазного повреждения определяют по измерениям двух устройств, установленных по концам ЛЭП. В каждом устройстве синхронно с другим устройством измеряют свои фазные токи или фазные напряжения и линейно преобразуют их в сигнал волнового процесса путем применения одного из модальных преобразований с последующим заграждением основной гармоники. Дискриминатором фиксируют момент прихода первичной волны к устройству, за который принимают момент первого превышения абсолютным значением сигнала волнового процесса заданного порога. Через каналы передачи информации получают от другого устройства информацию о моменте прихода первичной волны к нему и оценивают длительность интервала между моментами прихода первичных волн к устройствам. Расстояние до предполагаемого места междуфазного повреждения на ЛЭП определяют общеизвестным двухсторонним волновым способом на основе скорости распространения волны в ней и длительности интервала между моментами прихода первичных волн к устройствам.A method of two-way wave fault detection on power transmission lines is known (RU Patent No. 2774050, publication date: 14.06.2022), according to which the location of phase-to-phase fault is determined by measurements of two devices installed at the ends of the power transmission line. In each device, its phase currents or phase voltages are measured synchronously with the other device and linearly converted into a wave process signal by applying one of the modal transformations followed by rejection of the fundamental harmonic. The discriminator records the moment of arrival of the primary wave to the device, which is taken as the moment of the first excess of the absolute value of the wave process signal over a specified threshold. Through information transmission channels, information is received from another device about the moment of arrival of the primary wave to it and the duration of the interval between the moments of arrival of the primary waves to the devices is estimated. The distance to the supposed location of phase-to-phase fault on the power transmission line is determined by the well-known two-way wave method based on the wave propagation speed in it and the duration of the interval between the moments of arrival of the primary waves to the devices.

Если междуфазное повреждение произойдет в одном из ответвлений ЛЭП, рассматриваемый способ не определит расстояние до него.If interphase damage occurs in one of the branches of the power transmission line, the method in question will not determine the distance to it.

Также известен способ двухстороннего волнового определения места междуфазного повреждения на ЛЭП с ответвлениями (патент РФ № 2824724, дата публикации: 13.08.2024), согласно которому вышеописанным способом определяют расстояние до предполагаемого места междуфазного повреждения, сравнивают его с расстояниями до ответвлений на ЛЭП и если оно не равно расстоянию до какого-либо из ответвлений, то принимают его за истинное, иначе принимают за поврежденное то из ответвлений, расстояние до которого равно расстоянию до предполагаемого места междуфазного повреждения на ЛЭП, и по сигналу волнового процесса фиксируют моменты прихода волн, следующих за первичной, отбирают среди них моменты прихода рабочих волн и оценивают длительности интервалов между ними и моментом прихода первичной волны к устройству. Причем за рабочие волны принимают все волны, следующие за первичной волной. Через каналы передачи информации получают от другого устройства информацию о длительностях интервалов между моментами прихода к нему рабочих волн и моментом прихода первичной волны. Среди упомянутых длительностей интервалов двух устройств выявляют пару равных и за истинное расстояние до места междуфазного повреждения принимают расстояние до места в поврежденном ответвлении, до которого добежит волна от места его присоединения к ЛЭП за половину длительности интервала упомянутой выявленной пары.Also known is a method for two-way wave determination of the location of interphase fault on a power transmission line with branches (RU Patent No. 2824724, publication date: 13.08.2024), according to which the above-described method is used to determine the distance to the suspected location of interphase fault, compare it with the distances to the branches on the power transmission line, and if it is not equal to the distance to any of the branches, then it is taken as true, otherwise the branch is taken as damaged, the distance to which is equal to the distance to the suspected location of interphase fault on the power transmission line, and based on the wave process signal, the moments of arrival of waves following the primary one are recorded, the moments of arrival of working waves are selected from them and the durations of the intervals between them and the moment of arrival of the primary wave to the device are estimated. Moreover, all waves following the primary wave are taken as working waves. Through information transmission channels, information is received from another device on the durations of the intervals between the moments of arrival of working waves to it and the moment of arrival of the primary wave. Among the mentioned durations of intervals of two devices, a pair of equal ones is identified and the true distance to the place of interphase damage is taken as the distance to the place in the damaged branch to which the wave will reach from the place of its connection to the power transmission line in half the duration of the interval of the mentioned identified pair.

При некоторых конфигурациях ЛЭП, например, когда ответвления расположены близко, длительности интервалов между моментами прихода рабочих волн и моментом прихода первичной волны в устройствах, установленных по концам ЛЭП, могут быть равны, но не соответствовать расстоянию до места междуфазного повреждения в ответвлении. В этом случае рассматриваемый способ определит место междуфазного повреждения в ответвлении неправильно.In some power transmission line configurations, for example, when branches are located close to each other, the duration of intervals between the moments of arrival of working waves and the moment of arrival of the primary wave in devices installed at the ends of the power transmission line may be equal, but not correspond to the distance to the location of the phase-to-phase fault in the branch. In this case, the method under consideration will determine the location of the phase-to-phase fault in the branch incorrectly.

Этот способ является наиболее близким к заявленному способу по использованию, технической сущности и достигаемому техническому результату, и принят за прототип.This method is the closest to the declared method in terms of use, technical essence and achieved technical result, and is accepted as a prototype.

Технический результат, достигаемый предлагаемым способом, заключается в повышении точности определения расстояния до места междуфазного повреждения на ЛЭП с ответвлениями.The technical result achieved by the proposed method consists in increasing the accuracy of determining the distance to the location of interphase damage on a power transmission line with branches.

С этой целью в известный способ двухстороннего волнового определения места междуфазного повреждения на ЛЭП с ответвлениями, согласно которому место междуфазного повреждения определяют по измерениям двух устройств, установленных по концам ЛЭП, в каждом устройстве синхронно с другим устройством измеряют свои фазные токи или фазные напряжения и линейно преобразуют их в сигнал волнового процесса путем применения одного из модальных преобразований с последующим заграждением основной гармоники, дискриминатором фиксируют момент прихода первичной волны к устройству, за который принимают момент первого превышения абсолютным значением сигнала волнового процесса заданного порога, через каналы передачи информации получают от другого устройства информацию о моменте прихода первичной волны к нему и оценивают длительность интервала между моментами прихода первичных волн к устройствам, определяют расстояние до предполагаемого места междуфазного повреждения на ЛЭП общеизвестным двухсторонним волновым способом на основе скорости распространения волны в ней и длительности интервала между моментами прихода первичных волн к устройствам, сравнивают расстояние до предполагаемого места междуфазного повреждения на ЛЭП с расстояниями до ее ответвлений и если оно не равно расстоянию до какого-либо из ответвлений, то принимают его за истинное, иначе принимают за поврежденное то из ответвлений, расстояние до которого равно расстоянию до предполагаемого места междуфазного повреждения на линии электропередачи, и по сигналу волнового процесса фиксируют моменты прихода волн, следующих за первичной, отбирают среди них моменты прихода рабочих волн и оценивают длительности интервалов между ними и моментом прихода первичной волны к устройству, через каналы передачи информации получают от другого устройства информацию о длительностях интервалов между моментами прихода к нему рабочих волн и моментом прихода первичной волны, среди упомянутых длительностей интервалов двух устройств выявляют пару равных и за истинное расстояние до места междуфазного повреждения принимают расстояние до места в поврежденном ответвлении, до которого добежит волна от места его присоединения к ЛЭП за половину длительности интервала упомянутой выявленной пары, вводят новые операции. Их сущность заключается в том, что в каждом устройстве по сигналу волнового процесса компаратором определяют полярность первичной волны и полярности волн, следующих за ней, при этом за рабочие волны принимают те из них, полярность которых совпадает с полярностью первичной волны, а момент прихода отстоит от момента прихода первичной волны на время, не превышающее времени пробега волной удвоенной длины поврежденного ответвления.For this purpose, in the known method of two-way wave determination of the location of phase-to-phase fault on a power transmission line with branches, according to which the location of phase-to-phase fault is determined by measurements of two devices installed at the ends of the power transmission line, in each device, synchronously with the other device, their phase currents or phase voltages are measured and linearly converted into a wave process signal by applying one of the modal transformations with subsequent rejection of the fundamental harmonic, the discriminator records the moment of arrival of the primary wave to the device, which is taken to be the moment of the first excess of the absolute value of the wave process signal of a specified threshold, through information transmission channels, information is received from the other device about the moment of arrival of the primary wave to it and the duration of the interval between the moments of arrival of the primary waves to the devices is estimated, the distance to the supposed location of phase-to-phase fault on the power transmission line is determined by the well-known two-way wave method based on the speed of wave propagation in it and the duration of the interval between the moments of arrival of the primary waves to the devices, the distance to the supposed location of phase-to-phase fault on the power transmission line is compared with the distances to its branches and if it is not equal to the distance to any of the branches, then it is taken as true, otherwise that branch, the distance to which is equal to the distance to the supposed location of the phase-to-phase fault on the power transmission line, is taken as damaged, and according to the wave process signal, the moments of arrival of the waves following the primary one are recorded, the moments of arrival of the working waves are selected from them and the durations of the intervals between them and the moment of arrival of the primary wave to the device are estimated, through information transmission channels information is received from another device about the durations of the intervals between the moments of arrival of the working waves to it and the moment of arrival of the primary wave, among the mentioned durations of the intervals of the two devices a pair of equal ones is identified and the distance to the place in the damaged branch to which the wave will reach from the place of its connection to the power transmission line in half the duration of the interval of the mentioned identified pair is taken as the true distance to the location of the phase-to-phase fault, new operations are introduced. Their essence lies in the fact that in each device, based on the wave process signal, the comparator determines the polarity of the primary wave and the polarities of the waves following it, while the working waves are those whose polarity coincides with the polarity of the primary wave, and the moment of arrival is separated from the moment of arrival of the primary wave by a time not exceeding the time it takes for the wave to travel twice the length of the damaged branch.

Фиг. 1 иллюстрирует известный принцип двухстороннего волнового определения места междуфазного повреждения на ЛЭП с ответвлением. Фиг. 2 поясняет работу предлагаемого способа. На фиг. 3 приведена блок-схема, реализующая предлагаемый способ.Fig. 1 illustrates the known principle of two-way wave detection of the location of interphase fault on a power transmission line with a branch. Fig. 2 explains the operation of the proposed method. Fig. 3 shows a block diagram implementing the proposed method.

Перед пояснением сути предлагаемого способа рассмотрим известный принцип двухстороннего волнового определения места междуфазного повреждения на ЛЭП с ответвлениями (патент РФ № 2824724, дата публикации: 13.08.2024). Для этого воспользуемся схемой электрической сети, включающей контролируемую синхронизированными устройствами$$F{L}_L$$ и$$F{L}_R$$ ЛЭП с ответвлением$$T$$ (фиг. 1). Изложение принципа действия будем вести на примере работы устройства$$F{L}_L$$. Работа устройства$$F{L}_R$$ будет аналогична.Before explaining the essence of the proposed method, let us consider the well-known principle of two-way wave detection of the location of interphase faults on power transmission lines with branches (RU Patent No. 2824724, publication date: 08/13/2024). For this, we will use the diagram of an electrical network, including a controlled synchronized device$$F{L}_L$$ And$$F{L}_R$$ Power transmission line with a branch$$T$$ (Fig. 1). We will present the principle of operation using the example of the device operation$$F{L}_L$$ . Device operation$$F{L}_R$$ will be similar.

При возникновении междуфазного повреждения в месте$$x_f$$, расположенном в ответвлении$$T$$, устройства$$F{L}_L$$ и$$F{L}_R$$ фиксируют моменты прихода первичных волн ($$t_1^L$$ и$$t_1^R$$ на фиг. 1) и определяют расстояние до предполагаемого места междуфазного повреждения на ЛЭП общеизвестным двухсторонним волновым способом:In case of interphase damage at the place$$x_f$$ , located in the branch$$T$$ , devices$$F{L}_L$$ And$$F{L}_R$$ record the moments of arrival of primary waves ($$t_1^L$$ And$$t_1^R$$ in Fig. 1) and determine the distance to the expected location of the phase-to-phase fault on the power transmission line using the well-known two-way wave method:

$$x_s=\frac{LL}{2}-\frac{\Delta }{2}{v}_l$$,(1)$$x_s=\frac{LL}{2}-\frac{\Delta }{2}{v}_l$$ ,(1)

где$$LL$$и$$v_l$$ – длина ЛЭП и скорость распространения волны в ней;Where$$LL$$ And$$v_l$$ – the length of the power transmission line and the speed of wave propagation in it;

$$\Delta =t_1^R-t_1^L$$ – длительность интервала между моментами прихода первичных волн к устройствам$$F{L}_R$$ и$$F{L}_L$$.$$\Delta =t_1^R-t_1^L$$ – the duration of the interval between the moments of arrival of primary waves to the devices$$F{L}_R$$ And$$F{L}_L$$ .

Поскольку междуфазное повреждение располагается в ответвлении$$T$$, то расстояние$$x_s$$ до предполагаемого места междуфазного повреждения совпадет с расстоянием до упомянутого ответвления. При этом ответвление$$T$$ считают поврежденным и фиксируют моменты прихода волн, следующих за первичной, отбирают среди них моменты прихода рабочих волн и оценивают длительности интервалов между ними и моментом прихода первичной волны к устройству. Причем за рабочие волны принимают все волны, следующие за первичной волной. Для случая на фиг. 1 устройство$$F{L}_L$$ таким образом зафиксирует момент$$t_r^L$$ и определит длительность интервала$${\Delta }_1^L=t_r^L-t_1^L$$, а устройство$$F{L}_R$$ зафиксирует момент$$t_r^R$$ и определит длительность интервала$${\Delta }_1^R=t_r^R-t_1^R$$. Причем упомянутые длительности интервалов$${\Delta }_1^L$$ и$${\Delta }_1^R$$ будут равны длительности интервала$${\Delta }_r$$, величина которого равна времени двойного пробега волной расстояния от места повреждения до места присоединения ответвления$$T$$ к ЛЭП, то есть$${\Delta }_1^L={\Delta }_1^R={\Delta }_r$$ (фиг. 1). Именно на этом свойстве основана работа известного способа: устройство$$F{L}_L$$ через каналы передачи информации получает от устройства$$F{L}_R$$ длительность интервала$${\Delta }_1^R$$ и, определив, что она равна длительности интервала$${\Delta }_1^L$$, за истинное расстояние до места междуфазного повреждения принимает расстояние до места в поврежденном ответвлении, до которого добежит волна от места его присоединения к ЛЭП за половину длительности интервала выявленной равной пары:Since the interphase fault is located in the branch$$T$$ , then the distance$$x_s$$ to the expected location of the interphase fault will coincide with the distance to the mentioned branch. In this case, the branch$$T$$ considered damaged and the moments of arrival of the waves following the primary are recorded, the moments of arrival of the working waves are selected from them and the durations of the intervals between them and the moment of arrival of the primary wave to the device are estimated. Moreover, all waves following the primary wave are taken as working waves. For the case in Fig. 1, the device$$F{L}_L$$ thus fixing the moment$$t_r^L$$ and determine the duration of the interval$${\Delta }_1^L=t_r^L-t_1^L$$ , and the device$$F{L}_R$$ will capture the moment$$t_r^R$$ and determine the duration of the interval$${\Delta }_1^R=t_r^R-t_1^R$$ . Moreover, the mentioned durations of intervals$${\Delta }_1^L$$ And$${\Delta }_1^R$$ will be equal to the duration of the interval$${\Delta }_r$$ , the value of which is equal to the time of double travel of the wave of the distance from the place of damage to the place of connection of the branch$$T$$ to the power line, that is$${\Delta }_1^L={\Delta }_1^R={\Delta }_r$$ (Fig. 1). It is on this property that the operation of the known method is based: the device$$F{L}_L$$ receives information from the device through transmission channels$$F{L}_R$$ interval duration$${\Delta }_1^R$$ and, having determined that it is equal to the duration of the interval$${\Delta }_1^L$$ , the true distance to the location of the phase-to-phase fault is taken to be the distance to the location in the faulty branch to which the wave will reach from the location of its connection to the power transmission line in half the duration of the interval of the identified equal pair:

$$x_f=\frac{{\Delta }_r}{2}{v}_t$$,(2)$$x_f=\frac{{\Delta }_r}{2}{v}_t$$ ,(2)

где$$v_t$$ – скорость распространения волны в поврежденном ответвлении.Where$$v_t$$ – the speed of wave propagation in the damaged branch.

При некоторых конфигурациях ЛЭП, например, когда два ответвления расположены близко (ответвления$$T1$$ и$$T2$$ на фиг. 2), длительности интервалов между моментами прихода рабочих волн и моментом прихода первичной волны в устройствах$$F{L}_L$$ и$$F{L}_R$$ могут быть равны, но не соответствовать расстоянию до места междуфазного повреждения в ответвлении ЛЭП. Так, например, для случая на фиг. 2 длительность интервала$${\Delta }_0^L=t_s^L-t_1^L$$ между моментами$$t_s^L$$ и$$t_1^L$$ будет равна длительности интервала$${\Delta }_0^R=t_s^R-t_1^R$$ между моментами$$t_s^R$$ и$$t_1^R$$, а также длительности интервала$${\Delta }_s$$, величина которого равна времени двойного пробега волной расстояния между ответвлениями$$T1$$ и$$T2$$, то есть$${\Delta }_0^L={\Delta }_0^R={\Delta }_s$$. На основе длительности интервала данной равной пары место междуфазного повреждения в ответвлении$$T2$$ будет определено известным способом неправильно.In some transmission line configurations, for example when two branches are located close together (branches$$T1$$ And$$T2$$ in Fig. 2), the duration of the intervals between the moments of arrival of the working waves and the moment of arrival of the primary wave in the devices$$F{L}_L$$ And$$F{L}_R$$ may be equal to, but not correspond to, the distance to the location of the interphase fault in the power transmission line branch. For example, for the case in Fig. 2, the duration of the interval$${\Delta }_0^L=t_s^L-t_1^L$$ between moments$$t_s^L$$ And$$t_1^L$$ will be equal to the duration of the interval$${\Delta }_0^R=t_s^R-t_1^R$$ between moments$$t_s^R$$ And$$t_1^R$$ , as well as the duration of the interval$${\Delta }_s$$ , the value of which is equal to the time of double travel of the wave of the distance between the branches$$T1$$ And$$T2$$ , that is$${\Delta }_0^L={\Delta }_0^R={\Delta }_s$$ . Based on the duration of the interval of this equal pair, the location of the interphase fault in the branch$$T2$$ will be determined incorrectly in a known manner.

Предлагаемый способ не имеет упомянутого недостатка благодаря тому, что в каждом устройстве определяют полярность первичной волны и полярности волн, следующих за ней, при этом за рабочие волны принимают те из них, полярность которых совпадает с полярностью первичной волны. Такой принцип выбора рабочих волн основан на той режимной особенности, что всякий раз, когда волна отражается от места присоединения ответвления к ЛЭП или от места междуфазного повреждения, она меняет свою полярность. Поэтому полярность волны, отраженной сначала от места присоединения поврежденного ответвления к ЛЭП, а затем от места междуфазного повреждения, будет совпадать с полярностью первичной волны. Для наглядности пояснений принято, что полярности первичных волн, возникших в месте междуфазного повреждения и пришедших к устройствам$$F{L}_L$$ и$$F{L}_R$$ в моменты$$t_1^L$$ и$$t_1^R$$, положительны (отмечены знаком «+» на фиг. 2). Поэтому полярности волн, пришедших к устройствам$$F{L}_L$$ и$$F{L}_R$$ в моменты$$t_r^L$$ и$$t_r^R$$, также будут положительными. Вместе с этим из фиг. 2 видно, что волна, пришедшая к устройству$$F{L}_R$$ в момент$$t_s^R$$, имеет отрицательную полярность, поскольку она претерпела одно отражение (в месте присоединения ответвления$$T1$$ к ЛЭП). Поэтому этот момент не будет отобран предлагаемым способом в качестве момента прихода рабочей волны, следовательно, не будет и определена длительность интервала$${\Delta }_0^R$$ в устройстве$$F{L}_R$$. В конечном итоге предлагаемый способ выявит лишь одну пару равных длительностей интервалов ($${\Delta }_1^L={\Delta }_1^R={\Delta }_r$$) и правильно определит место междуфазного повреждения в ответвлении ЛЭП по формуле (2).The proposed method does not have the above-mentioned drawback due to the fact that in each device the polarity of the primary wave and the polarities of the waves following it are determined, while those of them whose polarity coincides with the polarity of the primary wave are taken as the working waves. This principle of choosing working waves is based on the regime feature that whenever a wave is reflected from the place where a branch is connected to a power transmission line or from the place of interphase damage, it changes its polarity. Therefore, the polarity of the wave reflected first from the place where the damaged branch is connected to a power transmission line, and then from the place of interphase damage, will coincide with the polarity of the primary wave. For clarity of explanations, it is assumed that the polarities of the primary waves that arose at the place of interphase damage and arrived at the devices$$F{L}_L$$ And$$F{L}_R$$ in moments$$t_1^L$$ And$$t_1^R$$ , are positive (marked with the sign “+” in Fig. 2). Therefore, the polarities of the waves arriving at the devices$$F{L}_L$$ And$$F{L}_R$$ in moments$$t_r^L$$ And$$t_r^R$$ , will also be positive. At the same time, it is clear from Fig. 2 that the wave arriving at the device$$F{L}_R$$ at the moment$$t_s^R$$ , has a negative polarity because it has undergone one reflection (at the point where the branch is attached$$T1$$ to the power transmission line). Therefore, this moment will not be selected by the proposed method as the moment of arrival of the working wave, and, consequently, the duration of the interval will not be determined.$${\Delta }_0^R$$ in the device$$F{L}_R$$ . Ultimately, the proposed method will reveal only one pair of equal interval durations ($${\Delta }_1^L={\Delta }_1^R={\Delta }_r$$ ) and correctly determines the location of the interphase damage in the power transmission line branch using formula (2).

При вышеизложенных пояснениях не учитывалось распространение первичной волны, направляющейся к концу поврежденного ответвления (фиг. 1 и фиг. 2). Дело в том, что переходное сопротивление при междуфазных повреждениях в подавляющем большинстве случаев не превышает 10 Ом, в связи с чем упомянутая волна при преломлении через место междуфазного повреждения значительно уменьшится до уровня, недоступного для измерения устройствами$$F{L}_L$$ и$$F{L}_R$$ (патент РФ № 2824724, дата публикации: 13.08.2024).The above explanations did not take into account the propagation of the primary wave directed to the end of the damaged branch (Fig. 1 and Fig. 2). The fact is that the transition resistance during interphase damage in the overwhelming majority of cases does not exceed 10 Ohm, in connection with which the said wave, when refracted through the place of interphase damage, will significantly decrease to a level inaccessible for measurement by devices$$F{L}_L$$ And$$F{L}_R$$ (RU patent No. 2824724, publication date: 13.08.2024).

Рассмотрим работу предлагаемого способа более подробно при реализации его по блок-схеме на фиг. 3. Как и ранее, пояснения будем вести на примере устройства$$F{L}_L$$ (фиг. 2).Let us consider the operation of the proposed method in more detail when implementing it according to the block diagram in Fig. 3. As before, we will provide explanations using the example of the device$$F{L}_L$$ (Fig. 2).

В способе могут использоваться как измерения фазных токов, так и фазных напряжений. Для определенности примем, что устройство$$F{L}_L$$ измеряет фазные токи$$i_{\gamma }$$, где$$\gamma =\overline{A,B,C}$$ – обозначение фаз. Расстояние до места повреждения$$x_f$$ определяют путем выполнения следующих операций.The method can use both phase current and phase voltage measurements. For the sake of certainty, we will assume that the device$$F{L}_L$$ measures phase currents$$i_{\gamma }$$ , Where$$\gamma =\overline{A,B,C}$$ – designation of phases. Distance to the fault location$$x_f$$ are determined by performing the following operations.

1. В блоке 1 фазные токи в месте измерений$$i_{\gamma }$$ линейно преобразуют в промежуточный сигнал$$i_m$$ по одному из правил модального преобразования [Alekseev V. Invariance of Modal Transformations of Electrical Values in Traveling Wave Fault Locator / V. Alekseev, V. Petrov and V. Naumov // 2020 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM). P. 1-5 – doi: 10.1109/ICIEAM48468.2020.9111912]. Примем для определенности, что преобразованный таким образом сигнал характеризует один из междуфазных волновых каналов, т.е.1. In block 1, phase currents at the measurement location$$i_{\gamma }$$ linearly converted into an intermediate signal$$i_m$$ according to one of the rules of modal transformation [Alekseev V. Invariance of Modal Transformations of Electrical Values in Traveling Wave Fault Locator / V. Alekseev, V. Petrov and V. Naumov // 2020 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM). P. 1-5 – doi: 10.1109/ICIEAM48468.2020.9111912]. Let us assume for certainty that the signal transformed in this way characterizes one of the interphase wave channels, i.e.

$$i_m=\frac{1}{\sqrt{3}}\left(i_B-i_C\right)$$.$$i_m=\frac{1}{\sqrt{3}}\left(i_B-i_C\right)$$ .

2. В промежуточном сигнале$$i_m$$ фильтром 2 заграждают основную гармонику и получают сигнал волнового процесса$$d{i}_m$$. При этом в качестве фильтра 2 обычно используют цифровой дифференциатор:2. In the intermediate signal$$i_m$$ filter 2 blocks the fundamental harmonic and obtains a wave process signal$$d{i}_m$$ In this case, a digital differentiator is usually used as filter 2:

$$d{i}_m\left(k\right)=i_m\left(k\right)-i_m\left(k-N\right),$$$$d{i}_m\left(k\right)=i_m\left(k\right)-i_m\left(k-N\right),$$

где$$k$$ – номер отсчета,Where$$k$$ – count number,

$$N$$ – целое число, например,$$N=5$$.$$N$$ - an integer, for example,$$N=5$$ .

Выбор дифференциатора объясняется тем, что скорость изменения основной гармоники несравнимо ниже скорости приращения фронта волны. Поэтому он подавляет основную гармонику и подчеркивает волны.The choice of the differentiator is explained by the fact that the rate of change of the fundamental harmonic is incomparably lower than the rate of increment of the wave front. Therefore, it suppresses the fundamental harmonic and emphasizes the waves.

3. Дискриминатором 3 фиксируют момент$$t_1^L$$ прихода первичной волны к устройству$$F{L}_L$$, за который принимают момент первого превышения абсолютным значением сигнала волнового процесса$$d{i}_m$$ заданного порога [E. O. Schweitzer, A. Guzmán, M. V. Mynam, V. Skendzic, B. Kasztenny and S. Marx, "Locating faults by the traveling waves they launch,"2014 67th Annual Conference for Protective Relay Engineers, 2014, pp. 95-110].3. Discriminator 3 records the moment$$t_1^L$$ arrival of the primary wave to the device$$F{L}_L$$ , which is taken as the moment of the first excess of the absolute value of the wave process signal$$d{i}_m$$ given threshold [EO Schweitzer, A. Guzmán, MV Mynam, V. Skendzic, B. Kasztenny and S. Marx, “Locating faults by the traveling waves they launch,” 2014 67th Annual Conference for Protective Relay Engineers, 2014, pp. 95-110].

4. Через каналы передачи информации получают от устройства$$F{L}_R$$информацию о моменте$$t_1^R$$ прихода первичной волны к нему и оценивают длительность$$\Delta$$ интервала между моментами прихода первичных волн к устройствам, на основе которого в блоке 4 по формуле (1) определяют расстояние$$x_s$$ до предполагаемого места междуфазного повреждения.4. Information is received from the device through transmission channels$$F{L}_R$$ information about the moment$$t_1^R$$ arrival of the primary wave to it and estimate the duration$$\Delta$$ interval between the moments of arrival of primary waves to the devices, on the basis of which in block 4, using formula (1), the distance is determined$$x_s$$ to the expected location of the phase-to-phase fault.

5. В блоке 5 сравнивают расстояние$$x_s$$ до предполагаемого места междуфазного повреждения на ЛЭП с расстояниями до её ответвлений$$T1$$ и$$T2$$ –$$L{L}_{T1}$$ и$$L{L}_{T2}$$, соответственно. Если оно не равно расстоянию до какого-либо из ответвлений, то в блоке 11 принимают его за истинное. Иначе в блоке 5 принимают за поврежденное то из ответвлений, расстояние до которого равно расстоянию$$x_s$$ до предполагаемого места междуфазного повреждения на ЛЭП, и формируют сигнал$$FT$$, уровень которого характеризует его номер. Причем уровень сигнала$$FT$$ равен нулю, когда расстояние$$x_s$$ до предполагаемого места междуфазного повреждения на ЛЭП не равно расстоянию до какого-либо из ответвлений.5. In block 5, the distance is compared$$x_s$$ to the expected location of the phase-to-phase fault on the power transmission line with distances to its branches$$T1$$ And$$T2$$ -$$L{L}_{T1}$$ And$$L{L}_{T2}$$ , respectively. If it is not equal to the distance to any of the branches, then in block 11 it is taken as true. Otherwise, in block 5, the one of the branches, the distance to which is equal to the distance, is taken as damaged.$$x_s$$ to the expected location of the phase-to-phase fault on the power transmission line, and generate a signal$$FT$$ , the level of which is characterized by its number. Moreover, the signal level$$FT$$ is zero when the distance$$x_s$$ to the expected location of the phase-to-phase fault on the power transmission line is not equal to the distance to any of the branches.

6. В блоке 6 в случае, когда междуфазное повреждение располагается в ответвлении, по сигналу$$d{i}_m$$ волнового процесса фиксируют вышеупомянутым образом моменты$$T_{\mathrm{m}}$$ прихода волн, следующих за первичной волной. Причем для рассматриваемого на фиг. 2 случая$${\mathrm{T}}_{\mathrm{m}\mathrm{,1}}={\mathrm{t}}_{\mathrm{s}}^L$$, а$${\mathrm{T}}_{\mathrm{m}\mathrm{,2}}={\mathrm{t}}_r^L$$.6. In block 6, in the case where the interphase fault is located in the branch, by signal$$d{i}_m$$ the wave process is recorded in the above mentioned manner moments$$T_{\mathrm{m}}$$ arrival of waves following the primary wave. Moreover, for the case considered in Fig. 2$${\mathrm{T}}_{\mathrm{m}\mathrm{,1}}={\mathrm{t}}_{\mathrm{s}}^L$$ , A$${\mathrm{T}}_{\mathrm{m}\mathrm{,2}}={\mathrm{t}}_r^L$$ .

7. По сигналу$$d{i}_m$$ волнового процесса компаратором 7 определяют полярность$$P_1^L$$ первичной волны и полярности$$P_{\mathrm{m}}$$ волн, следующих за ней. Причем за полярность волны принимают знак сигнала$$d{i}_m$$ волнового процесса в момент её прихода к устройству.7. On signal$$d{i}_m$$ wave process comparator 7 determines the polarity$$P_1^L$$ primary wave and polarity$$P_{\mathrm{m}}$$ waves following it. Moreover, the polarity of the wave is taken to be the sign of the signal$$d{i}_m$$ wave process at the moment of its arrival at the device.

8. В блоке 8 определяют рабочие волны. За них принимают те волны, полярность которых совпадает с полярностью первичной волны$$P_1^L$$, а момент прихода отстоит от момента$$t_1^L$$ прихода первичной волны на время, не превышающее времени пробега волной удвоенной длины$$L{L}_{T2}$$ поврежденного ответвления. Это позволяет исключить из дальнейшего рассмотрения те волны, которые приходят к устройству позже, чем волна, которая пришла бы после отраженная от места повреждения в конце ответвления. Номера рабочих волн, определенные блоком 8, передаются в блок 9 в виде массива$$W$$.8. In block 8, the working waves are determined. They are those waves whose polarity coincides with the polarity of the primary wave.$$P_1^L$$ , and the moment of arrival is distant from the moment$$t_1^L$$ arrival of the primary wave at a time not exceeding the travel time of a wave of double length$$L{L}_{T2}$$ damaged branch. This allows us to exclude from further consideration those waves that arrive at the device later than the wave that would arrive after being reflected from the damage site at the end of the branch. The numbers of working waves determined by block 8 are transmitted to block 9 as an array$$W$$ .

Таким образом, для случая на фиг. 2 устройство$$F{L}_L$$ за рабочие волны примет волны, пришедшие в моменты$${\mathrm{t}}_{\mathrm{s}}^L$$ и$${\mathrm{t}}_r^L$$, а устройство$$F{L}_R$$за рабочую волну примет волну, пришедшую в момент$${\mathrm{t}}_r^{\mathrm{R}}$$.Thus, for the case in Fig. 2 the device$$F{L}_L$$ waves that come at moments will be taken for working waves$${\mathrm{t}}_{\mathrm{s}}^L$$ And$${\mathrm{t}}_r^L$$ , and the device$$F{L}_R$$ the working wave will be taken as the wave that arrived at the moment$${\mathrm{t}}_r^{\mathrm{R}}$$ .

9. В блоке 9 оценивают длительности интервалов$$\Delta L$$ между моментами прихода к устройству$$F{L}_L$$ рабочих волн и моментом$$t_1^L$$ прихода первичной волны. Для рассматриваемого на фиг. 2 случая$$\Delta L_1={\Delta }_0^L=t_s^L-t_1^L$$, а$$\Delta L_2={\Delta }_1^L=t_r^L-t_1^L$$.9. In block 9, the durations of intervals are estimated.$$\Delta L$$ between the moments of arrival at the device$$F{L}_L$$ working waves and moment$$t_1^L$$ arrival of the primary wave. For the case considered in Fig. 2$$\Delta L_1={\Delta }_0^L=t_s^L-t_1^L$$ , A$$\Delta L_2={\Delta }_1^L=t_r^L-t_1^L$$ .

10. Через каналы передачи информации устройство$$F{L}_L$$ получает от устройства$$F{L}_R$$ информацию о длительностях интервалов$$\Delta R$$ между моментами прихода к нему рабочих волн и моментом$$t_1^R$$ прихода первичной волны. В результате устройство$$F{L}_L$$ получит от устройства$$F{L}_R$$ величину интервала$$\Delta R_1={\Delta }_1^R=t_r^R-t_1^R$$ между моментами$$t_r^R$$ и$$t_1^R$$. Среди упомянутых длительностей интервалов$${\Delta }_0^L$$,$${\Delta }_1^L$$,$${\Delta }_1^R$$ двух устройств в блоке 10 выявляют пару равных$${\Delta }_1^L={\Delta }_1^R={\Delta }_r$$ и в блоке 11 по формуле (2) за истинное расстояние$$x_f$$ до места междуфазного повреждения принимают расстояние до места в поврежденном ответвлении, до которого добежит волна от места его присоединения к ЛЭП за половину длительности интервала упомянутой выявленной пары. Таким образом, благодаря выбору рабочих волн с учетом полярности, повышается точность ОМП.10. Through the information transmission channels the device$$F{L}_L$$ receives from the device$$F{L}_R$$ information about interval durations$$\Delta R$$ between the moments of arrival of working waves to him and the moment$$t_1^R$$ arrival of the primary wave. As a result, the device$$F{L}_L$$ will receive from the device$$F{L}_R$$ interval size$$\Delta R_1={\Delta }_1^R=t_r^R-t_1^R$$ between moments$$t_r^R$$ And$$t_1^R$$ . Among the mentioned interval durations$${\Delta }_0^L$$ ,$${\Delta }_1^L$$ ,$${\Delta }_1^R$$ two devices in block 10 reveal a pair of equal$${\Delta }_1^L={\Delta }_1^R={\Delta }_r$$ and in block 11 according to formula (2) for the true distance$$x_f$$ to the place of interphase damage, the distance to the place in the damaged branch, to which the wave will reach from the place of its connection to the power transmission line in half the duration of the interval of the mentioned identified pair, is taken. Thus, due to the selection of working waves taking into account the polarity, the accuracy of the OMP is increased.

Claims (1)

Translated fromRussian

Способ двухстороннего волнового определения места междуфазного повреждения на линии электропередачи с ответвлениями, согласно которому место междуфазного повреждения определяют по измерениям двух устройств, установленных по концам линии электропередачи, в каждом устройстве синхронно с другим устройством измеряют свои фазные токи или фазные напряжения и линейно преобразуют их в сигнал волнового процесса путем применения одного из модальных преобразований с последующим заграждением основной гармоники, дискриминатором фиксируют момент прихода первичной волны к устройству, за который принимают момент первого превышения абсолютным значением сигнала волнового процесса заданного порога, через каналы передачи информации получают от другого устройства информацию о моменте прихода первичной волны к нему и оценивают длительность интервала между моментами прихода первичных волн к устройствам, определяют расстояние до предполагаемого места междуфазного повреждения на линии электропередачи общеизвестным двухсторонним волновым способом на основе скорости распространения волны в ней и длительности интервала между моментами прихода первичных волн к устройствам, сравнивают расстояние до предполагаемого места междуфазного повреждения на линии электропередачи с расстояниями до ее ответвлений и, если оно не равно расстоянию до какого-либо из ответвлений, принимают его за истинное, иначе принимают за поврежденное то из ответвлений, расстояние до которого равно расстоянию до предполагаемого места междуфазного повреждения на линии электропередачи, и по сигналу волнового процесса фиксируют моменты прихода волн, следующих за первичной, отбирают среди них моменты прихода рабочих волн и оценивают длительности интервалов между ними и моментом прихода первичной волны к устройству, через каналы передачи информации получают от другого устройства информацию о длительностях интервалов между моментами прихода к нему рабочих волн и моментом прихода первичной волны, среди упомянутых длительностей интервалов двух устройств выявляют пару равных и за истинное расстояние до места междуфазного повреждения принимают расстояние до места в поврежденном ответвлении, до которого добежит волна от места его присоединения к линии электропередачи за половину длительности интервала упомянутой выявленной пары, отличающийся тем, что в каждом устройстве по сигналу волнового процесса компаратором определяют полярность первичной волны и полярности волн, следующих за ней, при этом за рабочие волны принимают те из них, полярность которых совпадает с полярностью первичной волны, а момент прихода отстоит от момента прихода первичной волны на время, не превышающее времени пробега волной удвоенной длины поврежденного ответвления.A method for two-way wave determination of the location of phase-to-phase fault on a power transmission line with branches, according to which the location of the phase-to-phase fault is determined based on measurements of two devices installed at the ends of the power transmission line, in each device, synchronously with the other device, their phase currents or phase voltages are measured and linearly converted into a wave process signal by applying one of the modal transformations with subsequent rejection of the fundamental harmonic, the discriminator records the moment of arrival of the primary wave to the device, which is taken to be the moment of the first excess of the absolute value of the wave process signal of a specified threshold, information is received from the other device through information transmission channels about the moment of arrival of the primary wave to it and the duration of the interval between the moments of arrival of the primary waves to the devices is estimated, the distance to the supposed location of the phase-to-phase fault on the power transmission line is determined by the well-known two-way wave method based on the wave propagation speed in it and the duration of the interval between the moments of arrival of the primary waves to the devices, the distance to the supposed location of the phase-to-phase fault on the power transmission line is compared with the distances to its branches and if it is not equal to the distance to any of the branches, it is taken as true, otherwise that branch, the distance to which is equal to the distance to the supposed location of the phase-to-phase fault on the power transmission line, is taken as damaged, and according to the wave process signal, the moments of arrival of the waves following the primary one are recorded, the moments of arrival of the working waves are selected from them and the durations of the intervals between them and the moment of arrival of the primary wave to the device are estimated, through the information transmission channels, information is received from the other device on the durations of the intervals between the moments of arrival of the working waves to it and the moment of arrival of the primary wave, among the said durations of the intervals of the two devices, a pair of equal ones is identified and the distance to the place in the damaged branch, to which the wave will reach from the place of its connection to the power transmission line in half the duration of the interval of the said identified pair, is taken as the true distance to the location of the phase-to-phase fault, characterized in that in each device, according to the wave process signal, the polarity of the primary wave and the polarities of the waves following it are determined by the comparator, wherein those waves are taken as the working waves of them, the polarity of which coincides with the polarity of the primary wave, and the moment of arrival is separated from the moment of arrival of the primary wave by a time not exceeding the time it takes for the wave to travel twice the length of the damaged branch.