Устройство для дистанционной защиты линий электропередачи от несимметричных коротких замыканий на землю

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистическими

Республик

<и>1001283 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 060481 (21) 3261753/24-07 с присоединением заявки М (23) Приоритет

РЦ М. Кт.

Н 02 Н 3/40

Государственный комитет

СССР по дедам изобретений и открытий

Опубликовано 280283. Бюллетень Но 8

Дата опубликования описания 280283,. (53) УДК 621. 316.

915(088 8) с

С

Ф

4(1;

A.— Ñ.Ñ. Саухатас и В.А. Шаб .нов - .-: "„.„*

/ (72) Авторы изобретения

Уфимский нефтяной институт и Рижский политехнический институт (7f) Заявители

Y (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОЙ ЗАЦИТЫ ЛИНИИ

ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ ОТ НЕСИММЕТРИЧНЫХ КОРОТКИХ

ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ

Изобретение относится к электроэнергетике и предназначено для дистанционной защиты линий электропередачи от несимметричных коротких замыканий на землю.

Известны устройства дистанционной защиты несимметричных коротких замыканий на землю, содержащие формирователь компенсированных фазных напряжений и напряжения, пропорционального току нулевой последовательности, преобразователи указанных синусоидальных напряжений в прямоугольные импульсы, знак которых совпадает со знаком мгновенных значений соответствующих напряжений, схему совпадения и блок преобразователя для преобразования. импульсов .в непрерывный сигнал 1) .

Недостатком известных устройств является низкая чувствительность при однофазных коротких замыканиях в защищаемой зоне через переходное сопротивление, особенно на линиях электропередачи небольшой длины при больших мощностях питающих систем, а также в ряде случаев низкая селективность особенно на протяженных ли. ниях электропередачи при больших . мощностях питающих систем.

Обусловлен этот недостаток тем, что форма характеристики известных устройств в комплексной плоскости однозначно определяется режимом рабо" ты защищаемой электропередачи и не регулируется параметрами схемы устройства. В результате на линиях небольшой длины, а следовательно, и не. большой величины сопротивления устав- ки и при кощных эквивалентных питающих системах площадь характеристики устройства в комплексной плоскости сопротивления петли короткого замыкания снижается, и чувствительность к переходным сопротивлениям может оказаться недостаточной. И наоборот, на линиях большой длины площадь ха" рактеристики увеличивается, что приводит к снижению селективности устройства при внешних коротких замыканиях в условиях расхождения по фазе

ЭДС эквивалентных питающих систем.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство дистанционной защиты линии электропередач от несимметричных коротких замыканий на землю, содержащее формирователь компенсированных фазных напряжений и напряжений пропорционального току нулевой последовательности, выходы ко1001283

25

35

40 торого соединены с входами преобразователя укаэанных напряжений н сигналы с прямоугольной формой волны, первый выход которого соединен с входом формиронателя импульсов, а каждый иэ трех других выходов соединен с входом соответствующего расширителя импульсов, выход каждого из которых соединен с одним из входов соответствующего элемента И, другой вход каж1 дого из которых соединен с соответствующим выходом избирателя особой .фазы, а выходы каждого из элементов соединены с одним из входов соответствующего элемента ИЛИ, другой вход каждого из которых соединен соответственно с упомянутыми тремя выходами преобразователя синусоидальных напряжений в сигналы с прямоугольной формой волны, а выходы элементов ИЛИ соединены соответственно с перными тремя входами схемы совпадения, четвертый вход которой соединен с выходом фор:.иронателя импульсов, а выход соединен с выходным органом.

Это устройство имеет значительно выше чувствительность к однофазным коротким замыканиям через переходное сопротивление. Недостаток такого устройства — недостаточная надежность функционирования. Устройство может иметь разные характеристики в .зависимости от того, какая фаза замкнулась на земле А, В или С, что приводит к снижению надежности функциониронания, так как при изменении формы характеристики устройства будут изменяться и отличаться от расчетных

его селектинности и чувствительности к переходным сопротивлениям.

Обусловлен этот недостаток тем, что устройство содержит три расширителя импульсов, степень расширения у которых будет различной, так как практически невозможно выполнить расширители импульсов совершенно одинаковой длительностью импульсов на их 45 выходах вследствие разброса параметров элементов этих расширителей.

Цель изобретения - повышение надежности функционирования.

Указанная цель достигается твм, что устройство для дистанционной защиты линии электропередачи от несимметричных коротких замыканий на землю, .содержащее формирователь синусоидальных компенсированных фазных напряжений и напряжения, пропорционального току нулевой последовательности, подключенный к измерительным трансформаторам тока и напряжения, выходы которого соединены с входами преобразователя указанных синусоидальных напряжений в сигналы с прямоугольной формой волны, выход "О" преобразователя через формирователь аМпульсов соединен с входом блока совпадения, а выходы А,В,С преобраэователя соответственно соединены с первыми входами соответствующих зле ментов ИЛИ и электрически связаны с первыми входами собтветствующих элементов И, вторые входы которых соответственно соединвны с выходами

А, В, С избирателя особой фазы, а выхбды - с вторыми входами упомянутых элементов ИЛИ, выходы которых соединены с соответствующими входами блока совпадения, соединенного с выходным органом, дополнительно снаб жено тремя элементами И и элементом ,ИЛИ, причем каждый иэ нходов Д,Ь, С преобразователя соединен соответственно с входом одного иэ дополнительных элементов И, вторые входы которых соединены соответственно с выходами

A, B, С избирателя особой фазы, а выходы соединены с входами дополнительного элемента ИЛИ, выход которого через вновь введенный расширитель импульсов соединен с первыми входами элементов И.

Введение трех элементов И, выходы которых через элемент ИЛИ подсоединены к входу расширителя импульсов, позволяет использовать один расширитель импульсов, сформированных не компенсированных фазных напряжений, вместо трех расширителей импульсов установленных в цепи каждого компенсированного напряжения н известном устройстне. Так как импульсы из компенсированных фазных напряжениЯ разных фаз будут расширяться одним и тем же расширителем импульсов, то не будет отличий н характеристиках устройства при разных видах коротких замыканий, обусловленных отличием в параметрах расширителей импульсов,что имеет место в известном устройстве.

При этом снижается число неблагоприятных факторов, вызывающих отличие селективности и чувствительности устройстна к переходным сопротивлениям от расчетных значений, что приводит к повышению надежности функционирования устройства.

На фиг. 1 предстанлена блок-схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 и 3 — диаграммы напряжений; на фиг. 4 — характеристики срабатывания в комплексной плоскости сопротивления петли короткого замыкания, на фиг. 5 — характеристика срабатывания в комплексной плоскости отношения

ЭДС по концам электропередачи.

Устройство содержит формирователь

1 синусоидальных компенсированных фазных напряжений U, Us, U и напряжения U пропорционального току нулевой последовательности, выходы которого соединены с соответствующими входами преобразователя 2 указанных напряжений в сигналы с прямоугольной формой волны, причем фазы этих сигналон на выходах А, В, С, О преобра1001283 эователя 2 соотв тствуют фазам напря» » жений Л 0В Uc бо и причем выход

"0" преобразователя 2 через формирователь 3 импульсов заданной длительности соединены с входом схемы 4 совпадения, а выходы А, В, С преобразователя 2 соответственно соединены с первыми входами элементов ИЛИ 5-7 с первыми входами элементов И 8-10, вторце входы которых соответственно соединены с выходами А, В, С избирателя 11 особой фазы, а выходы элементов И 8-10 соответственно соединены с входами элемента ИЛИ 12, выход которого через расширитель 13 импульсов соединен с одним из входов эле- 15 ментов И 14-16, вторые входы которых соответственно соединены с выходами

А, В, С избирателя 11 особой фазы, а выходы элементов И 14-16 соединены с вторыми входами соответственно 20 элементов ИЛИ 5-7, выходы которых соответственно соединены с входами " схемы 4 совпадения, выход которой соединен с выходным органом 17.

ЦА"-ОА-2 (1А К ); (1)

U - Uб ZÓ(lg+Klo)»

c = Uc „(.le+% lo); () я О (4) . . °

45 где 2,» — сопротивление уставкм, определяемое по прямой последовательности;

К - коэффициент компенсации; и — коэффициент пропорциональности.

Преобразователи 2 преобразуют положительные полуволны (при однополупериодном выполнении подводимых сину-55 соидальных напряжений ()А, U8, Uc, U, в прямоугольные логические им» пульсы. На фиг. 2 и фиг. 3 изображе-. ны диаграммы напряжений, где по оси ординат отложено напряжение, а по - 60 абцисс 4 — время. Кривая 18 (фиг.2а. соответствует напряжению бб на выходе формирователя 1, пропорциональ- ного току нулевой последовательности

Из напряжений Ug преобразовате25

Устройство дистанционнои защиты электропередач от несимметричных коротких замыканий на землю работает

- следующим образом.

На входы формирователя 1 (фиг.1) З0 поступают напряжения UA», 0, 0с и токи (А, I8,„ (c соответствующих фаз

А, В, С и ток нулевой последовательности Io из которых формирователем

1 Формируются следующие компенсиро-, ванные фазные напряжения UA, Ue, UC и напряжение Uo, пропорциональйое току нулевой последовательности лем 2 фиг. 1) формируются прямо« . угольные логические импульсы 19 (фиг..2б), длительность которых соответствует длительности положительной полуволны напряжения () . Формирователь 3 импульсов из прямоугольного импульса 19 (фиг.2б) формирует: импульс 20 (фиг, 2в) длительйостью g, причем начало импульса 20, сдвинуто относительно начала импульса 19 на величину d . Кривая 21 (фиг. За), соответствует компенсиро° » » ° » ванным напряжениям UA, U, 0с на вы- ходе формирователя 1. Из нап.княжений

UA, 0В, UO преобразователем 2 формируются прямоугольные логические импульсы 22 (фиг. Зб)., длительность которых соответствует длительности положительной полуволны соответствующего напряжения. расширитель 12 импульсов увеличивает длительность импульсов íà его выходе относительно длительности импульсов на его входе на величину dÃ.

При этом длительность импульса 23 на выходе расширителя составляет у + 0 (фиг. Зв ) ..

В нормальном режиме работы защища-. емой линии электропередачи на выходах А, В, С избирателя 11 особой фа" зы сигналы отсутствуют. При этом на одном из входов каждого из элвментов

И 5-10 сигнал также отсутствует, а следовательно, нет сигналов и на выходах шести элементов И. В результате на входы элементов ИЛИ 5-7 поступают соответственно только импульсы

22 с выходов А, В, С преобразователя 2, длительность которых равна длительности положительной компенсиро » ванных напряжений ЦА. ОВ U(соответственно. Так как в нормальном режиме работы линии электропередачи ток нулевой последовательности отсутствует, то нет напряжения Uo на выходе формирователя 1 и нет имйульсов 20 на выходе формирователя 3. Схема совпадения при этом не работает и на ее выходе импульсы не появляются — устройство не работает.

При коротком замыкании íà землю, например, при замыкании на землю фазй

»А или одновременном замыкании на зем лю фаз В и С появляемся ток нулевой последовательности, а.следовательно и появляются импульсы 20 (фиг. 2a) на выходе формирователя 3 импульсов заданной длительности. Кроме того, появляется непрерывный сигнал на выходе A избирателя 11 (фиг. 1) особой фазы, который поступает на один из входов элементов И 8 и И 14. При этом на выходе элемента И 8 появляется импульс 22, длительность которого соответствует длительности положительной полуволны компенсированного напряжения ()Л .Фазы А, которое через

1001283 элемент ИЛИ 12 поступает на вход рас; ширителя 13 импульсов. На выходе рас-, ширителя 13 появляется импульс 23 (фиг. 2в) длительностью ф + СГ, который поступает на один из входов элементов И 14-16 (фиг. 1). Так как непрерывный сигнал присутствует только на выходе A избирателя 11 особой фа эы, а на выходах В и С избирателя 11

"сигналов нет, то элементы И 9 и И 10, И 15 и И 16 не срабатывают, а на- вы- 10 ходе элемента И 14 появляются импульсы 23, поступающие на вход элемента

ИЛИ 5. На другой вход элемента ИЛИ 5 поступают импульсы 22, длительностью у. Так как импульсы 22 и 23 начинают- 15 ся одновременно, а длительность импульса 23 больше длительности импуль" са 22, на выходе элемента ИЛИ 5 будет присутствовать импульс 23. Таким об(разом, на входы схемы совпадения по- 2О ступает импульс 20, импульс 23 длительностью +о иэ компенсированного напряжения О и импульсы 22 длительностью - из компенсированных напря) жений U и 0с, ДлЯ сРабатываниЯ Устройства необходимо одновременное присутствие всех перечисленных импульсов. Это имеет место при выполнении двух условий.

Условие. 1 ° Напряжение Оо пропор- 3О циональное току нулевой последова-. тельности, должно либо опережать компенсированные фаэные напряжения UA, U8, Uc на угол, меньший »to = о +Д „ лйбо должно отставать от напряжения

U на угол меньший +К-до, а от на-З5

А пряжений О и Uc — на угол у- уо, т.е. одновременно должны выполняться неравенства — (3.+д -до)"-о" я (Щ0л) «Мо;

-(т-с(о)=ощйо)0б) о (Ь), — () -

Условие 2. Пучок векторов компен- 45 сированных фаэных напряжений лио должен находиться в одной половине комплексной плоскости, если опережаю щим вектором в пучке является напряжение 0> или напряжение ОС, либо у) пучок векторов можно охватйть углом + (), если опережающим вектором в, пучке является вектор напряжения Ugj

То есть одновременно должны выполняться два неравенства в одной из следующих трех систем неравенства: о«»эу(0A)0e)«7+6

Oars(u „ 0 )» j+d

- (0@А)=Т1

ООЩ (u>lî,) y) о= @.(о !о„ ) Я (, osQvg (.О Щ) f ) То есть работа предлагаемого устройства описывается такими же неравенствами, что и известного устройст. ва. При этом и форма характеристики предлагаемого устройства в комплексной плоскости аналогична характеристике известного устройства. Точно так же граничными линиями неравенств (5), (6) и (7) являются соответственно прямые АО и ОА, ВО и ОВ,СО. -,и OC проходящие через особые точки Zy, Р, Ро, в которых обращаются в нуль

° f компенсированные напряжения U>, 0В, и соответственно (фиг. 4), а область выполнения условия 2 — ограничена дугами ВА, АС и СВ, опирающимися на особые точки Z3r PS u Pc . Вписанный угол дуги BA и СВ равен 60о а дуги AC — 60о — СГ. Прямые OA u AO образуют с горизонтальной прямой соответственно углы » и d -»Г прямые СО и ОС вЂ” соответственйо углы

60о — и 60 -d прямые ВО и ОВ - соо ответственно углы 60 + б и

60 +Фо.

Чувствительность к переходным сопротивлениям определяется положением дуги АС, т.е. величиной параметра СГ. На фиг. 5 приведена характеристика устройства в комплексной плос кости отношения ЭДС, питающих систем в предельном случае, когда место внешнего однофазного короткого замыкания неограничено приближается к концу защищаемой зоны. Область срабатывания устройства ограничена прямыми OA u AO. При этом излишнего (неселективного) срабатывания не происходит, если

-(380 -V„-Vî) 6 =» л+Д о-А «1) где 9 — - угол .расхождения по фазе эквивалентных ЭДС;

» А - угол полного сопротивления защищаемой линии.

Работа устройства симметрична к виду короткого замыкания. То есть аналогичным образом устройство будет работать при коротких замыканиях на землю фазы .В и фаэ СА, фазы С и фаз

AB. Например, при коротком замыкании на землю фазы В или фаэ CA непрерывный сигнал появится на выходе В избирателя 3:1 особой фазы (фиг. 1) .При этом на вход расширителя 14 импульсов будет поступать импульс 22 .(фиг.3б) с выхода В преобразователя 2 и с вы. хода элемента ИЛИ б на соответствующий вход схемы 4 совпадения будет поступать расширенный импульс 23 (фиг. За), сформйрованный иэ компенсированного напряжения фазы В. При этом форма характеристики устройства не изменяется,:изменятся лишь обозначения граничных линйй. Аналогично при коротком замыкании на землю фазы

1001283

С или фазы С или фаз AB непрерывный

Сигнал появится на выходе С избирателя 11 особой фазы и на вход расширителя 13 будет поступать импульс 22 с выхода С преобразователя 2. При этом с выхода элемента ИЛИ 7 на соот- 5 ветствующий вход схемы совпадения будет поступать расширенный импульс, сформированный из компенсированного напряжения фазы С. При этом форма характеристики так же будет точно та- 0 кой же, как и на фиг.. 4 и на фиг. 5, изменятся лишь обозначения граничных линий.

Работа известного устройства так же симметрична к виду короткого замы-15 кания. Форма характеристики его так же аналогична при коротких эаьыканиях на землю разных фаз ° Однако полного совпадения характеристик у известного устройства нет . Объясняется это 20 тем, что устройстно содержит три расширителя импульсов по одному в цепи каждого компенсированного напряжения расширяющих импульсы из напряжения .

0д, 0В и Ос соответственно до значений я + 4д, Ю + ду Й + с . npH KOpOTKOM

1замь|кании работает только один иэ них. При этом значение параметра д (фиг. Зб) и (фиг. 4) при коротком замыкании на землю фазы A или фаз BC равно дА, при коротком замыкании на землю фазы В и фаэ СА д = d „ и при коротком .замыкании на землю фазы С и фаз AB д = dp . Причем в общем случае вследствие разброса параметров элементов влияния температуры и т.д.

dp, ФдВФдс . При этом в зависимости от того, какая иэ фаз замкнулась на землю А, В или С, положение граничных линий AO u AC на фиг. 4 и граничной линии АО на фиг. 5 будет изме-40 няться. При этом будет изменяться и чувствительность к переходным сопротивлениям, вследствие изменения положения граничной линии АС, и селектинность, вследствие изменения положе- 45 ния граничной линии АО и изменения правой части неравенства (11). Оба эти фактора затрудняют выбор параметра d обусланливают отличие его от расчетного значения и в общем слу-5О чае приводят к снижению надежности функционирования устройства.

Более того, изменение положения раничной НННН АО (Фиг 4) а иэнест 55 ном устройстве может привести к потере.селективности. Это может иметь место при внешних однофаэных коротких эаьыканиях через переходное сопротивление R (фиг.4), когда вследствие увеличения dà будет выполняться 0 неравенство (

В предлагаемом же устройстве значение параметра d одинаковое при 65 всех видах коротких замыканий. При этом положение граничных линий, а, следовательно, и чувствительность к переходным сопротивлениям и селективность при внешних коротких замыканиях не зависят от того, какая из фаз замкнулась на землю, что приводит к повышению надежности функционирования устройства и к повышению его селективности. Кроме того, уменьшается число регулируемых параметров (один параметр Д вместо трех), что упроща- ет настройку и эксплуатацию устройст- ва.

Таким образом, предлагаемое уст-. ройство позволяет Обеспечить высокую надежность функционирования, высокую селективность при внешних коротких замыканиях при сохранении высокой чувствительности к переходным сопротивлениям при однофаэных коротких замыканиях в защищаемой зоне.

Такое сочетание свойств познолит сократить как число излишних срабатываний при внешних коротких замыканиях, так и число отказов дистанционной защиты при коротких замыканиях н защищаемой зоне, что повьыает надежность электропитания потребителей электрической энергии.

Формула изобретения

Устройство для дистанционной защиты линии электропередачи от несимметричных коротких замыканий на землю, содержащее формирователь синусоидальных компенсированных фазных напряжений и напряжения, пропорционального току нулевой последовательности,подключенный к измерительным трансформаторам тока и напряжения, выходы которого соединены с входами преобразователя указанных синусоидальных напряжений н сигналы с прямоугольной фор" мой волны, выход "0" преобразователя через формирователь импульсов соединен с входом блока совпадения, а выходы А, В, С преобразователя соотнвт. стненно соединены с первыми входами соответствующих элементов ИЛИ и элеЮ рически связаны с первыми входами соответствующих элементов И,вторые

I входы которых соответственно соединены с выходами A, B, С избирателя осо" бой фазы, а выходы — с вторыми входами упомянутых элемеитов ИЛИ, выходы которых соединены с соответствующими входами блока совпадения, соединенного с выходным органом, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности, оно дополнительно снабжено тремя элементами И и элементом ИЛИ, причем каждый из выходов

А, В, С преобразователя соединен соответственно с входом одного из дополнительных элементов Н, нторые входы

1001283

@ которых соединены соответственно с выходами А, В, С избирателя особой фазы, а выходы соединены с входами дополнительного элемента ИЛИ, выход которого через вновь введенный расширитель импульсов соединен . с первы5 ми входами элементов И.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР по заявке Ю 2901350/24-, 07, кл. Н 02,Н 3/40, 1980.

2 . Авторское свидетельство СССР

9 597043, кл. Н 02 Н 3/38, 197&.

1001283

Составитель Л. Корнеева

Редактор Ю.Середа Техред И.Тепер Корректор Г.Oraq

Заказ 1430/65 Тираж 615 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по. делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4