Дистанционный измерительный орган

 

к

Ри .. "-и т / . - .s

В. К. Скриико, Б. Н. Коирижии и At И Лубе !!:;;,, ";::":,. ./ - -: "/ (72) Авторы изобретения

Омский политехнический институт (7I) Заявитель (54) ДИСТАНЦИОННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ОРГАН

Изобретение относится к электротех-. нике и может быть использовано в усгройствах релейной зашиты и автоматики эне ргосис ге м.

Известно реле сопротивления, выполненное на основе сравнения электричес 5 ких величин по фазе, соцержашее блок формирования, к вхоцам которого подвецены напряжение и ток защищаемого объекта, а выхоцы поцключены соответсгвен» но к вхоцам фазосравнивающего блока, выхоц которого поцключен к входу реагирующего органа t 1 1, Указанное реле имеет простую схему, однако его характеристика срабатывания неизменна, слецовагельно, при его испопь- зовании цля зашиты линий с ответвления ми или цля дальнего резервирования . уцаленная граница зоны цействия в общем случае зависит от соотношения то

20 ков на зажимах зашиты и в точке ксьроткого замыкания, так как сопротивление в этом случае не-равно сопротйвлению линии or места установки зашиты

2 цо гочки короткого замыкания из-за шу мтируюшего влияния промежуточного при соединения.

Известен также измерительный орган, дистанционной защиты, основанный на сравнении времени совпадения с регулируемым заданным, содержащий блок фор мирования вхоцных величин, подключенный через формирователь импульсного сигнала и преобразователЬ длительности этого сигнала в напряжение к оцному входу нуль-индикатора, к цругому ахоаукоторого подключен блок опорного си нала через блок памяти, к,которому поц соединен преобразователь электрических величин в напряжение. В измерительном органе из напряжения и гока защищаемого обьекта формируются две синусов дальные электрические величины, которые поцаются на вхоц формирователя импульсов. Длительность импульсов на выхоце формирователя соответствует времени совпацения мгновенных значений сформич рованных величин по знаку. Полученный

1003220

3 импульсный сигнал преобразуется в напряжение, значение которого пропорционально длительности импульса. Напряжение подается на вход нуль-индикатора, на другой вход которого подается регулируемое напряжение, соответствующее регулируемому заданному времени. Регулировка осуществляется электрическими величинами, характеризующими доаварийный режим, в частности вектором тока линии 1р электропередачи (2 ) .

Данный измерительный орган обеспечивает высокую чувстВительность дистанционной зашиты при коротких замыканиях через перехоцное сопротивление, оцнако он недостаточно селективен при коротких замыканиях "за спиной и при передаче активной мощности от линии к шинам, когда конец вектора сопротивления на зажимах дистанционной зашиты нахоцится щ во втором и третьем квадрантах комплексной плоскости. Кроме того, точность работы такого измерительного органа низка при длительных режимах короткого замыкания из- за низкой стабильности д характеристики срабатывания, что обусловлено изменением выхоцного сигнала блока памяти поц возцействием изменения вектора входного тока в режиме к.з.

Последнее обстоятельство особенно важ-щ но для цистандионной зашиты цальнего резервирования поскольку уставка по времени такой зашиты достигает нескольких секунц. Повышение постоянной времени блока памяти с целью увеличения сгабильности характеристики срабатывания замедляет самонастройку измерительного органа при изменении цоаварийного режима, что, а свою очерець, повышает вероятность неселективного срабатывания.

Наиболее близок к прецлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту измерительный орган дистандион» ной зашиты, соцержаший блок формирования входных величин, один выхоц которого поцключен к оцному входу формирователя импульсного сигнала, выхоц. которого через преобразователь длительности импульсного сигнала в напряжение подключен к одному входу нуль-индикатора, к другому входу которого подключен блок опорного напряжения через блок памяти, вход которого подключен к преобразователю электрических величин в напряжение, причем второй выход блока памяти соеди- SS нен с управляющим входом блока сдвига по фазе, вход которого подключен ко второму выхоцу блока формирования вхоцных величин, а выход - ко второму входу формирователя импульсного сигнала. Из на п ряжен и я и тока зашищае мого объекта формируются цве синусоидальные электрические величины е< и Е2, причем е подается на один вход,a е2 «через блок ,сцвига по фазе на другой вход формиро-, вателя импульсов. Длительность импульсов на выхоце формирователя соответствует времени совпацения мгновенных значений величин и и сдвинутой по фазе е по знаку, Полученный импульсный сигнал преобразуется в напряжение, значение которого пропорционально длительности импульса, Напряжение подается на вход нуль-индикатора, на другой вход которого подается регулируемое напряжение, соответствук-.шее регулируемому заданному времени.

Регулирование указанного напряжения, а также управляющего напряжения блока сдвига по фазе входной величины Е2 осуществляется электрическими величинами защищаемого объек та, характе ризуюшими доаварийный режим, в частности вектором тока линии электроперецачи. При направпении тока от шин в линию регулируется аапряжение на втором входе нуль-индикатора, а при направлении тока or линии к шинам регулируется управляющее напрякение блока сцвига по фазе 3), Известный измерительный орган поз воляет повысить чувствительность и селективность цистанционной зашиты при коротких замыканиях через переходное сопротивление, однако его точность работы также низка при длительных режимах короткого замыкания из-за изменения векторов входных напряжения и тока прй возникновении режима к.з. Нестабильность характеристики срабатывания повышает вероятность неселекгивной работы измерительного органа.

Е1ель изобретения — повышение сгабильности характеристики срабатывания устройства в режиме короткого замыкания.

Поставленная цель цостигается тем, что в цистанпионном измерительном органс, содержащем блок формирования сравниваемых величин, подключенный одним выхоцом непосрецственно к оцному входу блока сравнения по фазе, а цругим выхоцом - через фазосдвигаюший элемент к другому вхоцу упомянутого блока сравнения, последовательно включенные преобразователь электрических величин цоаварийного режима в напряжение и блок памяти, подключенный выхоцом к управ1003229

О-Э2 нищ, . 1 =arqZH (<)

В цоаварийном режиме ток 3 опрецеляется в основном со ротивленйем Х><, так как 17н1 )> )2. (, слецовательно, ! От я; . (2)

И в этом случае преобразователь 4 может быть выполнен как преобразователь разности фаз между U и 5. При открытом ключе 6 блок 5 памяти находится в режиме запоминания и повторения, При I этом напряжение 0 поступает на запоми" наюший элемент 7, гце запоминается, 4$ ляющему входу фазосдвигающего элемента, выхоц блока сравнения по фазе подключен/ к управляющему sxoay блока памяти.

На фиг. 1 изображена функциональная схема измерительного органа на фиг. 2— обобщенная схема сети с поцключением нагрузки между местом установки зашиты и местом короткого замыкания; на фиг. 3 - характеристика срабатьвания измерительного органа и геометрическое 10 место точек на комплексной плоскости, характеризующих сопротивления на зажимах измерительного органа.

Дистанционный измерительный орган содержит блок 1 формирования сравнивае-13 с мых величин Е1 и Е2, попключенный одним выхоцом через фазосцвигаюший элемент 2 к оцному вхоцу блока 3 сравнения по фазе, а другим выхоцом - непосредственно к другому вхопу блока 26

3 сравнения, последовательн<; ьключенные преобразователь 4 электрических величин цоаварийного режима в напряжение и блок 5 памяти, поцключенный выхоцом к управляющему входу фазосцвигаюшего 2$ элемента 2. Блок 5 памяти может быть выполнен, например, в виде последовательно включенных ключа 6 и запоминающего элемента 7.

Устройство работает следующим образом.

К вхопам блока 1 и преобразователя

4 поцвоцягся ток и напряжение защищаемого объекта. На выходе преобразователя 4, который через ключ 6 соецинен с вхоцом запоминающего элемента 7, фор35

1 мируется напряжение U>, опрецеляемое фазовыми соотношениями и величинами тока и напряжения защищаемого объекта.

В частности, при использовании измери— 40 тельного органа цля дальнего резервирования напряжение U öoëæíî быть пропорциональным величине и далее с выхоца запоминающего элемента поступает íà ехоп фазосцвигаюшего элемента 2. На выхопах блока 1 формис Ъ руются сравниваемые величины Е1и Е2, алгоритм формирования которых зависит от области применения измерительного органа и характеристик остальных блоков.

В частности; цля цальнего резервировас \ ння E 1 и Е2могут опрецеляться

j(vл и)

E (О э2) е, (э1

Е = ()- Z, () гце Z> - сопротивление уставки иэмери тельного органа.

На выхоце блока 2, соециненном со вторым входом блока 3 формируется величина

Ф

Е =е е =(U-32„)e (5)

С помощью блока 3 величины Е и

1 (E> сравниваются по фазе. На выходе бло» ка 3, являющемся выходом измерительнсьго органа и соединенном с управляющим входом блока 5 памяти, формируется сигнал срабатывания, если E опережает

1 по фазе Е, или сигнал несрабатывания, если Е> опережает по фазе Е1 следовательно, область срабатывания блока 3 определяется неравенством

Е1

0

Е

При этом область срабатывания измери тельного органа с плоскости 2 ограни чена окружностью (фиг. 3), прохоцящей через точки Z1 и 2, касательная к ко торой в точке 21составляет с осью Й угол Ч согласно (2), а условие срабаты ванин измерительного органа в целом определяется неравенством, получен» ным иэ (2), (3), (5} и (6).

В цоаварийном режиме при наличии тока нагрузки защищаемого объекта на выходе преобразователя 4 формируется напр жение 09, пропорциональное в личине

Ч=см"(. 2 =Ч

И1 Н1

С учетом того, что шунтируюшее действие нагрузки 2 Н1оказывает существенное влияние при большой длине линии

Л1 и малом сопротивлении нагрузки 2 1, следовательно, при одностороннем питании можно принять jZ „„j (< j Z „) и нагрузкой 2 2пренебречь. При этом на первом выхоце блока 1 формируется Е1

1003229 по (3), а на выходе блока 2 — вели 3

3 и, следовательно, условие срабатывания измерительного органа

О->Z Л+М „-(-aug .. " < -V (1) д jZ Ha л

Характеристика срабатывания измерительного органа прецставлена кривой

8 на фиг. 3. Сопротивление на зажимах измерительного органа о. рецеляегся точкой 2р*д, не принацлежашей области

% срабатывания, Е опережает по фазе Е1, поэ"гому на выходе блока 3 формируется сигнал несрабатывапия, обеспечивающий открытое состояние ключа 6. При этом блок 5 находится в режиме записи, т.е. сигнал на выхоце блока 5 с некоторым запаздывание повторяет выхоиной сигнал преобразователя 4. При изменении аргумента ZH в процессе эксплуатации, т.е. при изменении доаварийного режима, напряжение на выходе преобразователя

4- изменяется до величины, соответствующей новому значению аргумента Z<<„ например Ч!Н1. Чер з некотор вр мя, г 30 характеризуемое постоянной времени блока 5, на его выходе также изменяется. напряжение до величины, соответствующей 4 . При этом фаза E. изменяется, Н1 а условие срабатывания измерительного органа опрецеляегся выражением

0-Э Х„

y+q -q (aгс .. " < - н1 л U- .у н

Характеристика срабатывания предI ставлена кривой 9 на фиг. 3. Точка Е„ характеризующая новый установившийся режим нагрузки, находится вне области срабатывания, слецовагельно, измеритель ный орган не срабатывает. Измерительный орган в процессе перестройки характеристик срабатывания не срабатывает,поскольку циапазон изменения аргумента 7„1, как правило, ограничен.

При металлическом коротком замыкании на границе требуемой зоны действия

$0 в точке К-1 (фиг. 2) напряжение U u ток 3 на выходе измерительного органа изменяются по величине и по фазе„Вы«

/ ходной сигнал преобразователя 4 также изменяется, однако сигнал на вхоце бло$$ ка 2 в первый момент возникновения режима к,э. остаегся неизменным иэ- за эапаэдыва- :я сигнала на выходе блока

5. Слецовагельно, величина по прежнему

I смещена по фазе относительно Е2 на угол „„и условие срабатывания измерительного органа по прежнему определяется выражением (1), а характеристика срабатывания идентична окружности 8 на фиг.3.

При этом к зажимам измеригельного органа подводится сопротивление

Н1(к1 - )

Р 1 или

Н1 р (1 7-1) Гр — 2

2 2

Zp-Z>

Выражение (8) являегся цробно-ли-! нейным конформным преобразованием комплексных плоскостей Zy и %.

Н1

К-1 1

Аргумент W можно цля рассмагриваемо= го случая считать постоянным, гак как

ui g (Z - Z„) = Ч =Cons% (гце - угол сопротивлейия линии)., а аргумент Z можН но считать постоянным, поскольку при удаленных коротких замыканиях на линии

Л1 напряжение на шинах нагрузки ZH ïàН1

@acr незначительно и изменением аргумента Z<< при этом можно пренебречь. Сог ласно свойсгвам цробно-линейного кон=формного преобразования геометрическим месгом точек Zp, опрецеляемых выражением (8), при изменении модуля Z H< or нуля до бесконечносги является дуга окружности, опирающаяся на точки 1 и

2, касательная к которой в точке Z составляет с осью К угол Ч „„=erg Z +, т.е. совпацаюшая с характеристикой срабатывания (кривая 8 HB фиг. 3). При этом Е > совпацаег по фазе с Е и соглас1 но условию срабатывания (7) на выходе блока 3 формируется сигнал срабатывания„ который, поступая на управляющий вход ключа 6, обеспечивает его закрытое состояние, переводя блок 5 в режим хранения и считывания. Сигнал срабатывания на выхоце блока 3 сохраняется в течение всего времени существования режима к,з., так как выполняется условие сра батывания, слецовагельно, в течение указанчого времени блок 5 работает в режиме хранения и считывания и на выходе блока 2 сохраняется управляющее напряжение, пропорциональное 9Н1, что обеспечивает стабильность сформированной характеристики срабатывания в течение всего режима к.з. зашиты при металлическом коротком замыкании внутри требуемой эоны цействия и несрабатывание при коротком замыкании вне ее, т.е. обеспечивает стабильную аргумента и модуля 2 .„путем формиро вания характеристики срабатывания, являющейся геометрическим местом точек, характеризующих сопротивл.ние на зажимах измерительного органа при к.э. на границе зоны действия. Укаэанное свойст во уменьшает вероятность ложного срабатывания зашиты, слецовагельно, поэволяет повысить чувствительность и се лективность дистанционных зашит линий с ответвлениями и дальнего резервирова ния с односторонним питанием.

С другой стороны, предлагаемый иэже функции, что и прототип и может быт. гиспользован и цля обеспечения селективной работы дистанционной зашиты при коротком замыкании с йерехоцным сопро тивлением на линиях электроперецач с двухсторонним питанием. При направлении г тока нагрузки к шинам его характеристика срабатывания аналогична при анало гичном выполнении блока формирования .входных величин и преобразователя— электрических величин в напряжение с прототипом. При направлении тока or шин характеристика срабатывания.расширена во второй и третий квадранты, однако ложного срабатывания не происходит, поскольку в этом режиме точки, характеризующие сопротивление не зажимах измерительного органа, расположены в первом квадранте и не принадлежат области срабатывания. Точки, xaрактеризуюшие к .з. за спиной, лежат на продолжении прямой в третий квадрант и также не принадлежат области срабатывания. изобретения

Дистанционный измерительный орган, содержащий блок формирования cðââíèâàåo 1мых величин, подключенный одним выходом непосредственно к оцному входу блока сравнения по фазе, а другим выхоцомчереэ фазосцвигаюший элемент к цругому входу блока сравнения, послецовательно включенные преобразователь элекгри- ческих величин доаварийного режима в напряжение и блок памяти, подключенный выходом к управляющему входу фазосдвигаюшего элемента, o r л и ч а юш и и с я тем, что, с целью пов цшения

9 1003229 10

При коротком замыкании внутри зоны действия в точке К-2 (фиг. 2) аналогично можно показать, что при изменении модуля Z>< or нуля цо бесконечности геометрическим местом точек Zp,,za 5 зону действия при произвольном значении теризуюших сопротивление на зажимах измерительного органа, является цуга, 10, ограниченная точками Z„и 2. касательная к которой в точке 2.„составляет с осью Р угол +„. Действительно, подставив в выражение (8)Z.К вместо

Z< „, получают уравнение цуги 10. Так как все точки цуги 10 принадлежат об» ласти срабатывания измерительного органа, ограниченной окружностью 8, то

Ез отстает по фазе от E. а на выходе блока 3 формируется сигнал срабатывания.

Далее работа измерительного органа аналоги à работе в режиме к.з. в точке мерительныМ орган может выполнять те

К-1.,20

При коротком замыкании вне требуемой зоны цействия в точке К-3 аналогично можно показать, что геометрическим местом точек. .Р является дуга 11, ограниченная точками Z è 2 <, касательная к которой в точке Z< составляет с осью Р угол 9H< . Уравнение цуги 11 может быть получено подстановкой 2. вместо Z в выражение (8). Поскольку все точки цуги 11 не принацлежат облас 50 ти срабатывания, ro ЕЗ опережает по фазе Е„и на выхоце блока 3 формируется сигнал несрабатывания. При этом ключ 6 открыт, блок 5 нахоцится в режиме записи и повторения, напряжение на управ» З5 ляюшем входе блока 2 изменяется, характеристика срабатывания занимает предельное положение (кривая 12 на фиг. 3), однако измерительный орган не срабатывает, поскольку все точки цуги 11 не при- 4щ надлежат области срабатывания, охваты ваемой кривой 12.

При металлическом коротком замыканий на линии Л2 точка, характеризующая сопротивление на зажимах измерительного45 Ф о р м Z л а органа не принадлежит области срабатывания, следовательно, на выходе блока

3 формируется сигнал несрабатывания.

Режим короткого замыкания эа спи ной может не рассматриваться, так Как зашишаемая линия имеет одностороннее питание.

Прецлагаемый измерительный орган прецназначен для выявления металлическс>го короткого замыкания з зоне дальнего

55 резервирования, т.е. на участке линии

Л1, включенном в зону действия зашиты.

Как показано выше, измерительный орган обеспечивает срабатывание дистанционной

U фиг..Г

11 10032 стабильности характеристики срабатывания устройства в режиме короткого замыкания, выход блока сравнения по фазе подключен к управляющему входу блока памяти. S

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

29 )2

1. Надеждин В. Б,,Сапронов A. К ., 1

Сиротко В, К. Статические реле в релейной защите. Л., "Наука", 1968, с. 91-97.

2. Авторское свидетельство СССР № 535652, кл. Н 02 Н 3/40, 1976.

3. Авторское свидетельство СССР

¹ 788257, кл. Н 02 Н 3/40, 1980.

1003229

Составитель A. Васильев

Репактор Л. Пчелинская Текред Ж.Кастелевич корректор Г» ер

Заказ 1581/40 Тираж 615 Поп писное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по целам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгорсщ, ул. Проектная, 4