Beregning av avstand til enpolte feil i direktejordet transmisjonsnett

Abstract

I denne oppgaven er det gjennomført testing av to ensidige og tre tosidige impedansbaserte algoritmer for beregning av avstand til enpolte feil i direktejordet transmisjonsnett. De to ensidige algoritmene som ble vurdert er to ulike varianter av algoritmen Modifisert Takagi, som benyttes av Statnett i deres applikasjon AutoDig i dag. I tillegg ble tre tosidige algoritmer valgt. De fem algoritmene som ble studert ble testet med hensyn på ledningslengde, feilsted, feilmotstand, målenøyaktighet i strøm- og spenningsmålinger, og med hensyn på unøyaktige verdier av ledningsparameterne. De tosidige algoritmene ble i tillegg vurdert med hensyn på usynkroniserte målinger. Enpolte feil ble simulert ved å modellere en generisk 420 kV ledning i programmet ATP Draw. Hovedfunnene i denne oppgaven er at AutoDigs nåværende algoritme presterer dårligst bant de algoritmene som er vurdert. Ved å anta lav feilmotstand, lave omsetningsfeil i måletransformatorer og presise ledningsparametere er den observerte presisjonen i overensstemmelse med den presisjonen som er rapportert ved reelle hendelser. Videre ble det observert at de tosidige algoritmene var betydelig mer presise enn de ensidige algoritmene, og at disse også var mindre påvirket av variasjoner i samtlige av parameterne som ble variert. Det konkluderes med at det med stor sannsynlighet er mulig å oppnå en betydelig økning i presisjon ved å gå bort fra dagens algoritme til fordel for en av de tosidige algoritmene, men det har ikke vært anledning til å teste ut dette i praksis. I tillegg til dette har det basert på resultater underveis i arbeidet blir foreslått to modifikasjoner av den allerede eksisterende algoritmen Modifisert Takagi. Disse to modifikasjonene innebærer en ensidig og en tosidig metode for å estimere feilstrømmens vinkel. Begge disse representerer betydelige forbedringer av AutoDigs algoritme, men resultatene er basert på simuleringer og er ikke verifisert i praksis. Videre anbefales det å ta i bruk en algoritme for beregning av synkroniseringsvinkelen mellom målinger foretatt i hver ende av ledningen. Denne algoritmen er testet og funnet å være betydelig mer presis enn dagens metode benyttet av AutoDig. Dersom AutoDig skal benytte en tosidig algoritme basert på synkroniserte målinger foreslås det å benytte metoden beskrevet over for synkronisering av målinger i kombinasjon med den valgte algoritmen.

In this thesis, testing of two one-end and three two-end impedance based algorithms for computing distance to single phase faults on transmission lines in solidly earthed networks has been carried out. The two one-end algorithms investigated are two different versions of the algorithm Modified Takagi, which is currently used by Statnett in their application AutoDig. I addition, three two-end algorithms were chosen. The five selected algorithms were tested with respect to various parameters, such as line length, fault location, fault resistance, inaccuracy in voltage and current measurements, as well as inaccuracy in line parameter values. The two-end algorithms were also evaluated with respect to unsynchronized measurements. Single phase faults were simulated by creating a model of a generic 420 kV transmission line in the simulation program ATP Draw. The main findings in the thesis are that AutoDig’s current algorithm is the least accurate one among the algorithms that were evaluated. By assuming a low fault resistance, low measurement errors and precise line parameters, the observed precision is consistent with the precision reported in real cases. Furthermore, is was observed that the two-end algorithms performed significantly better than the oneend algorithms. The two-end algorithms were also less influenced by variations in the parameters that were investigated. It is concluded that it is very likely that AutoDig will achieve a significant increase in precision by replacing the algorithm that is currently in use in favor of one of the two-end algorithms. However, testing these findings using data from real cases has not been possible. In addition, two modifications to the already existing algorithm Modified Takagi have been proposed based on results obtained during this work. These modifications involve one one-end and one two-end method for estimating the fault current angle. Both modifications represent a significant improvement to AutoDig’s algorithm. These results are, however, based on simulations and have not been verified using data from real cases. Finally, an already existing algorithm for synchronizing measurements is suggested for use by AutoDig. This algorithm is among the selected five algorithms, and tests found this algorithm to be able to compute the synchronization angle precisely, thus synchronizing measurements with significantly higher precision than the method that is currently being used by AutoDig. If AutoDig is to utilize a twoend algorithm requiring synchronized measurements, it is suggested that the synchronizing algorithm mentioned above is used in conjunction with the selected algorithm.