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

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

09) (11) ЭцР Н 02 Н 3/40

3.

ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕНИ,.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

Ilo делАм изоБРетений и ОтнРытий

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 695476 (21) 3261752/24-07 (22) 06.04.81 (46) 15.06.83. Бюл. и 22 (72) В.А. Шабанов, А-С.С. Саухатас и В.К. Симпсон (71) Уфимский нефтяной институт и

Рижский политехнический институт (53) 621.3I6 925 (088.8) .(56) 1. Авторское свидетельство СССР

II 695476, кл. H 02 Н 3/40, 1977. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОЙ ЗАЦИТЫ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

ОТ НЕСИИИЕТРИЧНЫХ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ

HA ЗЕИЛО по авт. св. 695476, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения селективности, оно

- дополнительно содержит четыре блока выдержки времени, причем вход пер-. вого блока выдержки времени соединен с выходом блока расширителя импульсов в цепи тока нулевой последовательности, а выход - с соответствующим входом схемы совпадения, вход каждого из следующих трех блоков выдержки времени соединен с входом одного из расширителей импульсов в цепи компен" сированных фазных напряжений, и выход - с соответствующим -входом соответствующего элемента ИЛИ. жения U- пропорционального току с нулевой последовательности, выходы которого соединены с выходами преобразователя указанных напряжений в прямоугольные логические сигналы, первые три выхода которого соединены соответственно с входом соответствующего расширителя импульсов и с одним из входов соответствующего элемента ИРИ, другие входы которых соединены с соответствующими выходами А, В, С избирателя особой фазы четвертый выход преобразователя сину1 соидальных напряжений в логические сигналы через формирователь импульсов соединен с одним из выходов четырехвходного элемента И, выход которого через преобразователь импульсного сигнала в непрерывный соединен с одним из пяти входов схемы совпадения, второй вход которой соединен через расширитель импульсов с выходом формирователя коротких импульсов, а три оставшиеся входа соединены каждый с выходом соответствующего расширителя импульсов в цепи компенсированных фазных напряжений $1)

Это устройство имеет значительно более высокую чувствительность к переходным сопротивлениям при однофазных коротких замыканиях. На выходе устройства появляется сигнал 1устройство срабатывает), если одновременно присутствует все пять импульсов на входах схемы совпадения.

Однако такое устройство характеризуется недостаточной в ряде случаев селективностью при однофазных и двухфазных коротких замыканиях на землю, в условиях расхождения по фазе эквити валентных дС питающих систем. Этот недостаток обусловлен тем, что при коротком замыкании на земле одной из фаз на вход схемы совпадения поступают расширенные импульсы как из компенсированных фазных напряжений, так и из тока нулевой последовательности, причем при изменении уставок расширителей импульсов из комцелью. повышения чувствительности к переходным сопротивлениям параметры импульса, формируемого из тока нулевой последовательности не регулируЦелью изобретения является повышение селективности при однофаэных и двухфазных коротких замыканиях на землю.

1 102/%$8 2

Изобретение относится к энергетике и предназначено.для дистанционной защиты линии эпектропередачи ot несимметричных коротких замыканий на землю.

Известны устройства дистанционной защиты от несимметричных коротких. замыканий на землю, содержащие фор". мирователь компенсированных фазных напряжений и напряжения, пропорцио нального 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 s непрерывный сигнал.

Недостатком этих устройств являетcR низкая чувствительность при однофазных коротких замыканиях в защищаемой зоне через переходное сопротив" ление, особенно на линиях электропередачи небольшой длины при больших мощностях питающих систем, а также в ряде случаев низкая селективность особенно на протяженных линиях электропередачи при богВших мощностях питающих систем.

Этот недостаток обусловлен тем, что форма характеристики данных устройств в комплексной плоскости однозначно определяется режимом ра" боты защищаемой электропередачи и не,, 35 регулируется параметрами схемы устройства. В результате на линиях не" большой длины, а, следовательно, и при небольшой величине сопротивления установки и при мощных эквива- 40 лентных питающих системах площадь характеристики устройства в комплексной плоскости сопротивления петли короткого замыкания снижается и чувствительность к переходным со- 45 противлениям может оказаться недостаточной. И наоборот,,на линиях большой длины площадь характеристики увеличивается, что приводит к снижению селективности устройства при у> пенсированных фазных напряжений с внешних коротких замыканиях в условиях расхождениях по фазе ЭДС.эк" вивалентных питающих систем. по основному авт. св. Ю 6951176 известно устройство дистанционной, ются. защиты линии электропередач от несимметричных коротких замыканий на земле, содержащее формирователь компенсированных фазных напряжений и напря25

3 10234

Для достижения указанной цели в устройство дополнительно введены четыре блока выдержки времени, при" чем вход первого блока выдержки вре" мени соединен с выходом блока расширителя импульсов в цепи тока нулевой последовательности, а выходс соответствующим входом схемы совпадения, вход каждого из следующих трех блоков выдержки времени соединен 1О с входом одного из расширителей .импульсов в цепи компенсированных,. фазных напряжении, а выход - с соответствующим входом соответствующего элемента ИЛИ. 15

Введение блоков выдержки времени позволяет задержать на заданное время передний фронт импульса, получаемого на выходе расширителя импульсов, что уменьшает область совпадения 20 импульсов на входах схемы совпадения. При этом уменьшается область срабатывания и повышается селективность при однофазных и двухфазных коротких замыканиях на землю.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - 5 - диаграммы напряжений; на фиг. 6 — 10 - характеристики в комплексных плоскостях.

Устройство содержит формирователь

1 компенсированных фазных напряжений и напряжения, пропорционального току нулевой последовательности, выходы которого соединены с соответствующими входами преобразователя 2 укаэан-.

35 ных напряжений в прямоугольные логические сигналы, каждый из первых трех выходов которого соединен с входом соответствующего расширителя

40 импульсов 3 и через соответствующий блок 4 задержки времени - с-одним иэ входов соответствующего элемента

ИЛИ 5, другие входы которых соединены с соответствующими выходами избирателя 6 особой фазы, четвертый выход преобразователя 2 синусоидаль ных напряжений в прямоугольные логические сигналы соединен с входом формирователя 7 импульсов, выход которого соединен с входом расширителя 8 импуль сов и с одним иэ входов элемента И 9, каждый из трех других входов которого соединен соответственно с выходом соответствующего элей мента ИЛИ 5, а выход через преобразователь 10 импульсного сигнала в непрерывный соединен с первым вхо" дом схемы совпадения 11, второй вход1 с

98 4 которой через блок 12 выдержки времени соединен с выходом расширителя

8 импульсов, а три других входа схемы совпадения 11 соединены соответственно с выходами расширителей

3 импульсов, а выход схемы совпаде- ния соединен с входом преобразователя 13 импульсного сигнала в непрерывный.

На входы формирователя 1 поступают напряжения, токи соответствующх фаз А, В, С и ток нулевой после довательности, из которых формирователем 1 формируются следующие компенсированные фазные напряжения.и напряжение, пропорциональное току нулевой последовательности: где Z - -сопротивление установки, определяемое по прямой последовательности;

К вЂ” коэффициент компенсации, коэффициент пропорциональности.

Преобразователь 2 преобразует положительные полуволны.(при однополупериодном выполнении) подводимых синусоидальных напряжений в прямоугольные логические импульсы длительностью в полпериода подводимых напряжений.

На фиг. 2 и фиг.3 приведены диаграммы напряжений, на которых по оси абсцисс отложено время, а по оси ординат — напряжение. Кривая 14 (фиг. 2а) соответствует напряжению

Бо на выходе формирователя 1, пропорционального току нулевой после; довательности 50 . Иэ напряжений 00 преобразователем 2 (фиг.2а) формируются прямоугольные логические импульсы 15 (фиг. 25/, длительность которых соответствует длительности положительной полуволны напряжения

Оо. Из импульса 15 формирователь

7 коротких импульсов формирует короткий импульс 16 (фиг. 2®. Из импульса 16 расширителем 8 импульсов формируется импульс 17 (фиг. 22.) длительностью Я о . Передний- фронт импульса 17 блоком выдержки 12 задерживается на величинуб„ (фиг.2g) 1 023

При этом длительность импульса 18 на выходе блока выдержки 12 равна 9О (фиг. 2д).

Кривая 19 (фиг. 3О) соотЪетствует компенсированным фазным напряжением S

4А, 0$,Ос на выходе формирователя

1 (фиг. 1) . Иэ напряжений ЦА 1

Q преобразователем 2 формируются прямоугольные логические импульсы

20 - 22 (фиг. 35), длительность которых соответствует длительности по" ложительной полуволны компенсированных фазных напряжений 0, (1, () соответственно.

Блоки расширителей 3 импульсов 1 увеличивают длительности импульсов на их выходах относительно длитель ности импульсов на их входах на величину Д . При этом длительность импуль сов 23 - 25(фиг. 34) на выходах со- 20 ответствующих блоков расширителей

3 импульсов равна 180о +Д, Блоки выдержки 4 (фиг. 1) задерживают передний фронт импульсов 20-22 на величинуо(. Прн этом длительнос- 25 ти импульсов 26 28 (фиг. 1) на их выходах составляет 180 - 0(y (фиг. Зг).

В нормальном режиме работы защищаемой линии электропередачи на выхо- 30 дах А, В, С, избирателя 6 особой .фазы сигналы отсутствуют. При этом на входы элемента И 9 поступают импульсы 26 - 28 с выходов блоков 4 выдержки времени, сформированные по компенсированным фазным напряже". ниям, и короткий импульс 16, сформированный из напряжения, пропорцио нального току нулевой: последовательности. Так как в нормальном режиме работы ток нулевой последовательнос" ти отсутствует, а компенсированные фазные напряжения сдвинуты по фазе относительно друг друга на 120, то . совпадения импульсов 16, 26, 27 и

28 не происходит, сигнал на выходе элемента И 9 отсутствует и устройство не работает.

При коротком замыкании на землю появляется ток нулевой последовательности ь|.о, а, следовательно, появляется найряжение Ug, пропорциональное току нулевой последовательности, и ,импулвсы 15 - 18. В первый момент

- росле возникновения короткого замыкания импульсы 15, 20, 21, 22 могут появиться раньше, чем появятся сиг,налы на выходах избирателя 6 особой

498 6 фазы. При этом для срабатывания эле- мента И 9 необходимо и достаточно, .чтобы при наличии импульса 16 одновременно присутствовали импульсы 26, 27 и 23, что имеет место в том случае, если напряжение, пропорциональное току нулевой последовательности отстает от компенсированных фазных напряжений на угол, меньший 180 т.е. одновременно выполняются неравенства

k>-180 яагр (Оо(б,,) «о; (s) и - 80 -Org (uî J О В) 8; (e >

4,>-

go +. 180о.

Для срабатывания устройства в целом, кроме выполнения йеравенства (5 - 7), необходимо одновременное присутствие импульсов 23 - 25 в момент присутствия импульса 18. Это

: имеет место при выполнении двух условий. Во-первых, напряжение Оо, пропорциональное току нулевой последовательности, должно либо опережать компенсированные фазные напряжения на угол меньший фо, либо должно отставать от компенсированных фазных напряжений на угол меньший 180 До + сГ (условие 1), т.е, если одновременно выполняются неравенства о-< 1® = (1оf(1p = 4 ®

6 -d - Þ =С1Щ (u,iv,) Чо; (9)

К© d 130 Ql.q (О lu ) .(о)

Во вторых необходимо, чтобы пучок векторов компенсированных фазных напряжений можно было охватить углом в 180О + (условие 2), т.е. необходимо одновременное выполнение двух неравенств s одной из следующих трех систем неравенств:

О any(ц „)0 )1ЕО +d;, o a (uaf0 ) ed«

0 О (0@ 0 ) 180 +д ;

М2 о Гав Jè .)мво «4

Оасц, Щ )0 <) а19С +б

O arg (м Щ) 480 +К;

8 комплексной плоскости сопротив" пения петли короткого замыкания граничными линиями каждого из неравенств фиг. 5 и условия (3 ) на фиг. Й без

1Э прямой С и C . Область срабатывания устройства ограничена AO А, ВО, В, СО, OC и дугой АО. Также как и в известном устройстве, чувствительность к переходным сопротивлениям

1Э определяется граничной линией АС.

Изменяя величину Д, можно вслеДствие изменения положения граничной линии АС обеспечить любую требуемую чувствительность. В отличке от протозв типа граничные линии А и OB поверну" .ты на угол ОЦ, а граничная линия СО повернута относительно прямой С во"

: круг точки Р по часовой стрелке на угол д - -с(о, в то время как в npo""

2s тотипе граничная линия СО образует с прямой С угол -f и повернута относительно нее против часовой стрелки, т.е. по сравнению с прототипом граничная линия СО повернута по зв часовой стрелке вокруг точки P на уголь -о . Такой поворот приводит к повышенйю селективности устроиства, что нагляднее всего видно из характеристик устройства в комплексной плоскости отношения ЭДС по концам электропередачи. Такие характеристики для случая металлического короткого замыкания на землю фазы ВС в прямом направлении приведены на фиг. 7 для известного устройства и на фиг. 8 для предлагаемого, а для случая металлического короткого замыкания на землю фазы А - на фиг. 9, для известного устройства и на

° фиг. 10 - для предлагаемого.

В рассматриваемой плоскости пре-. дельные. значения углов между эквивалентными ЭДС при которых устройст" во может сработать неселективно, SO равны углам, которые участки характеристики устройства образуют с действительной осью.

Из фиг. 7, видно что при достаточ-. но больших значениях о, что может оказаться необходимым для обеспече$5 ния требуемой чувствительности к .переходным сопротивлениям, известное устройство вследствие поворота граничной линии СО на угол Д относи"

7 102 (5),. (6) и t, 7 ) являются прямые ли.,нии А и А, В, В ., С, С соот-. ветственно проходящие через особые

ToQKH Pj, Р H Pc (фиг. I) B KOT0 рых обращаются в нуль компенсирован", ные фазные напряжения U) .,Qp и 13С соответственно. Все три нервенства

-(5) - (7 ) одновременно выполняются в области, показанной штриховкой . (фиг. 4} .

Граничными линиями каждого из неравенств (8), (9) и ЦО ) являются две полупрямые, выходящие соответственно из особых точек .АА, Р и р (фиг. 7). Граничными линиям нера-. венства (8 ) являются полупрямые OA и АО,.образующие с прямой А, параллельной действительной оси, углы Уо и (jj) - Д соответственно. Аналогично граничными линиями, неравенства .(9) являются полупрямые ОВ, образующие с прямой В углы в и dо - d соответственно. А граничными линиями нера" венства (10) являются полупрямые

ОС и СО, образующие углы f ид о д, с прямой С. Области выполнения неравенств (8), (9) и (10) показаны на фиг. 5 штриховкой.

Граничные линии неравенств (11), (12) и (13) представляют собой дуги

AB и АС, ВА и ВС,.:СА и СВ, опирающиеся на ос бые точки РА, Рь и Рс (фиг. 8). Вписанные углы дуг АС, ВА и СВ равны 60 -(f, а вписанные углы дуг СА, АВ и ВС равны 120

Область выполнения условия (2), т.е. область совпадения импульсов

25-27 ограйичена тремя дугами АС, ВА и СВ (фиг. 5). Одновременному выполнению условий (1) и (2) соответствует область, ограниченная дугами

АС, ВА, СВ и отрезками прямых АО, 0А, В0, СО и ОС (показано штриховкой на фиг. Я.

Через время, равное времени срабатывания избирателя 6 особой фазы, на выходе А избирателя (при коротком замыкании на землю фазы А или фаз

ВС) появляется непрерывный сигнал.

Этот сигнал поступает на вход эле-мента ИЛИ 5, на другой вход которого поступает импульс 28 фиг.(32), . сформированный из компенсированного фазного напряжения 0 фазы С. При этом на вход элемент Э И 9 вместо импульса 28 поступает непрерывный сиг« нал и напряжение UO не влияет на ус-. ловия появления импульсов на выходе элемента И 9. При этом .для срабаты3"98 8 вания элемента И 9 достаточно одновременного выполнения только двух снеравенств (5) и (6),. т.е. из области срабатывания элемента И 9 (фиг.Ц исключается граничная линия С и С .

Область срабатывания устройства в целом является общей частью облас тей выполнения условий (1) и (2) на

È3498 повысить надежность электроснабжения потребителей электрической энер45 . гии и даст существенный технико-эко номический эффект.

9 1 тельно прямой С имеет область срабатывания, ограниченную прямой В, При этом известное устройство может сработать неселективно, если угол между эквивалентными ЭДС.равен

9 180 < 80 -Чл- ооо, где 1 А - угол полного сопротивления защищаемой линии, т.е. известное устройство при двухфазных коротких замыканиях на землю может потерять селективность не только при качаниях, но и в режиме нагрузки.

В предлагаемом устройстве граничная линия CO повернута относительно прямой С на угол СК -д, а граничная линия OB повернута на угол 0L р

t (фиг. 8). При этом в комплексной плоскости отношения ЭДС при двухфаз" ных коротких замыканиях область срабатывания ограничена прямым В, ОВ, СО, ОС и неселективное срабатывание при др-д = д возможно только при

f в то.-q„-е, ьа, т ° е. селективность предлагаемого устройства при двухфазных коротких замыканиях на земле выше, чем у известного.

Из фиг. 9 видно, что известное устройство не работает неселективно при внешних однофазных коротких замыканиях, если угол 8 между эквивалентными ЗДС находится в диапазоне — ®,+d )Q «180 - 4- а

При 1 „- 90О и д, = 10 - 15о извест° ное устройство может подействовать неселективно, если g ?t 7) - 80О.

Из фиг. 10 видно, что при О1О -д

=Д предлагаемое устройство поворота граничной линии не работает несе-. лективно, если " +"о — © -® " л о $ 5

40 т.е. поворот граничной линии A на угол С пРиводит к повышению селективности при внешних однофазных коротких замыканиях. Выбирая a(g так, чтобы было 180 4 -до + Qy)r 90 можно исключить неселективные срабатывания в режиме нагрузки, когда

Работа устройства симметрична изза короткого замыкания, т.е. аналогичным образом устройство работает при коротких замыканиях на землю фазы

В или фаз СА, фазы С или фаз АВ.

Так, при коротком замыкании на землю фазы В или фаз СА непрерывный сигнал появляется на выходе В избирателя

6 (фиг. 1) особой фазы. При этом на выход элемента И 9 непрерывный сигнал поступает вместо компенсированного напряжения фазы А и из условий, срабатывания устройств исключается неравенство (5). Аналогично при коротком замыкании на землю фазы

С или фаз AB из условий срабатывания исключается неравенство (6).

При двухполупериодном выполнении предлагаемого устройства число блоков 3, 4, 6, 7, 8, 9, 10, 11 удваивается, Таким образом, предлагаемое устройство при сохранейии высокой чувствительности к переходным сопротивлениям при однофазных коротких замыканиях в защищаемой зоне позволяет повысить селективность при однофазных и двухфазных коротких замыканиях на землю в условиях расхождения по фазе эквивалентных ЗДС питающих систем.

Такое сочетание свойств позволяет сократить число излишних неселективных срабатываний при однофазных коротких замыканиях, что позволяет

1023498

0 г

Г

Еу

1023498

Фик10

Составитель Л. Корнеева

Редактор С. Тимохина Техред М.Костик Корректор 6. Макаренко

Заказ 4229/42 . Тираж 617 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР . по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 1-35, Раушская наб., д, 4/5

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