Устройство для дистанционной защиты от несимметричных коротких замыканий на землю

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОЙ ЗАЩИТЫ ОТ НЕСИММЕТРИЧНЫХ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ по авт. св. № 1030904 отличающееся тем, что, с целью повышения селективности при внешних двухфазных коротких замыканиях на землю, оно дополнительно содержит блок формирования коротких импулы cob, четыре блока расширителя импульсов, три элемента И и блок задержки, при этом вход одного из блоков расширителя импульсов подключен к выходу блока формирования коротких импульсов, подключенному к выходу формирователя импульсов, а выход через блок задержки подключен к входу элемента И, каждый выход трех других блоков расширителя импульсов подключен к соответствующему выходу формирователя синусоидальных напряжений в логические сигналы, а каждый выход к одному из входов соответствующего элемента И, другие входы которых подключены к соответствующим выходам избирателя особой фазы, а выходы соединены с входами соответствующих элементов ИЛИ. X СО ел 05 00 4 сл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(51), Н 02 Н 3 40

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ:

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1030904 (21) 2901348/24-07 (22) 10.04.80 (46) 23.11.83. Бюл. № 43 (72) В. Л. Фабрикант, В. А. Шабанов и А.— С. С. Саухатас (71) Уфимский нефтяной институт и Риж ский политехнический институт (53) 62! .316.925 (088.8) (56) I. Авторское свидетельство СССР № 1030904, кл. Н 02 Н 3/40,. 1977. (54) (57) УСТРОИСТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОР! ЗАЩИТЫ ОТ НЕСИММЕТРИЧНЫХ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИИ НА 3ЕМЛЮ по авт. св. № 1030904 отличающееся тем, что, с целью повышения селективности при внешних двухфазных коротких замыканиях на землю, оно дополнительно содер„,Я0„„1056345 A жит блок формирования коротких импуль

cob, четыре блока расширителя импульсов, три элемента И и блок задержки, при этом вход одного из блоков расширителя импульсов подключен к выходу блока формирования коротких импульсов, подключенному к выходу формирователя импульсов, а выход через блок задержки подключен к входу элемента И, каждйй выход трех других блоков расширителя импульсов подключен к соответствующему выходу формирователя синусоидальных напряжений в логические сигналы, а каждый выход — к одному из входов соответствующего элемента И, другие входы которых подключены к соответствующим выходам избирателя особой фазы, а выходы соединены с входами со-ответствующих элементов ИЛИ.

1О56345

15

40 чия прямоугольного сигнала, сформированного из компенсированного напряжения фа- 45 зы С,опережающей особую фазу А.

55

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

По основному авт. св. № 1030904 известно устройство для дистанционной защиты от несимметричных коротких замыканий на землю, содержащее формирователь компенсированных фазных напряжений и напряжейия, пропорционального току нулевой последовательности, выходы которого соединены с входами формирователя указанных напряжений в прямоугольные логические сигналы, . выходы которого подключены к входам элемента И и через элементы ИЛИ, к вторым входам которых подключены выходы избирателя особой фазы, входы которого подключены к фазам загцищаемого обЪекта и источнику нулевой последовательности.

Это устройство имеет значительйо выше чувствительность к однофазным коротким замыканиям через переходное сопротивление. На выходе устройства появляется сигнал «Ус гройство срабатывает» если одновременно присутствуют все четыре импульса на входах схемы совпадения (lj.

Однако известное устройство обладает недостаточной селективпостью при внешних коротких замыканиях па землю в прямом направлении в условиях расхождения по фазе эквивалентных ЭДС питающих систем.

Обусловлен этот недостаток тем, что при коротком замыкании па землю одной из фаэ (или при коротком замыкании на землю двух других фаз) на соответствующем выходе избирателя особой фазы появляется непрерывный сигнал, который поступает на вход соответствующего элемента ИЛИ и полностью исклюйает влияние прямоугольного логического сигнала, поступающего на другой вход упомянутого элемента ИЛИ.

Так, например, при коротком замыкании на землю фазы А (или фаз ВС) на выходе А избирателя особой фазы появляется непрерывный сигнал, который поступает на вход элемента ИЛИ, и условие срабатывания уст. ройства становится . независимым от налиЦель изобретения — повышение селективности при внешних двухфазных корот ких замыканиях на землю.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, для дистанционной защиты от несимметричнь1х коротких замыканий допол нительно введены блок формирования .коротких импульсов, четыре блока расширителя импульсов, три элемента И, и блок задержки, при этом вход одного из блоков расширителя импульсов подключен к выходу блока формирователя коротких импульсов, подключенному к выходу формировате20

30 ля импульсов, а выход через блок задержки подключен к входу элемента И, каждый выход трех других блоков расширителя импульсов под::лючен к соответствующему выходу формирователя синусоидальных напряжений в логические сигналы, а каждый выход — к одному из входов соответствующего элемента И, другие входы которых подключены к соответствующим выходам избирателя особой фазы. а выходы — к входам соответствующих элементов ИЛИ.

Введение трех блоков расширителей импульсов, сформированных из компенсированных фазных напряжений, и подключение выходов каждого из них к одному из входов соответствующего элемента И, к другим входам которых подключены соответствующие выходы избирателя особой фазы, позволяет вместо непрерывного сигнала с выходов избирателя особой фазы подавать на соответствующие входы элементов ИЛИ расширенный импульсный сигнал. В результате вместо исключения компенсированного напряжения фазы, опережающей особую, происходит расширение импульса, сформировайного из компенсир1званного напряжения особой фазы. При этом вместо полного исключения соответствующей граничной линии области срабатывания устройства в комплексной плоскости происходит ее поворот, что приводит к ограничению области срабатывания, и, как следствие, к повышению селективности. Введение четвертого блока расширителя импульсов, сформированных из напряжения, пропорционального току нулевой последовательности, и подключение выхода его к входу схемы совпадения через блок задержки позволяет вместо короткого импульса подать на вход схемы совпадения импульс заданной длительности, причем передний фронт импульса сдвинут на заданный угол относительно моментов перехода через нуль мгновенных значений тока нулевой последовательности, что приводит к дополнительному повышению селективности при внешних однофазных и двухфазных коротких замыканиях на землю.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 — 5 — диаграммы напряжений; на фиг. 6 — 8 — характеристики в комплексных плоскостях.

Устройство содержит формирователь компенсированных фазных напряжений

Ц, Ua, Бе и напряжения Uo, пропорционального току нулевой последовательности, выходы которого соединены с соответствующими входами формирователя 2 указанных напряжений в прямоугольные логические сигналы, первый выход которого соединен с входом формирователя 3 коротких импульсов, а каждый иэ трех других входов соединен с входом соответствующего блока 4 расширителя импульсов, выход каждого из которых соответственно сое1056345 динен с одйим из входов собтветствующего элемента 5 И, другие входы которых соединены с соответствующими выходами избирателя 6 особой фазы, а выходы каждого из элементов 5 И соответственно соединены с одним из входов соответствующих элементов 7 ИЛИ, другие входы которых соответственно соединены с соответствующими выходами формирователя 2 синусоидальных напряжений в прямоугольные логические сигналы, а выходы элементов 7 ИЛИ, соединены с соответствующими входами элемента И 8, четвертый вход которого соединен с выходом, формирователя 3 импульсов через расширитель 9 импульсов и блок

l0 задержки, а выход элемента И 8 соединен с входом выходного органа 11.

На входы формирователя 1 поступают напряжения UA, 0в, Ue и токи !», 1в, 1р соответствующих фаз А, В, С и ток нулевой последовательности !р, из которых формирователем 1 формируются компенсированные фазные напряжения Ц», Йв, Ог, и напряжение Ор, пропорциональное току нулевой последовательНости. ,U„ = UA — Zy(iA+ К,1р); . (1) ив = Us — Zy(IS+ Klo); (2)

Ug = Uc —, Zy(lc + KIo); (3)

Uo = — п1р, (4) : где Уусопротивление уставки, определяемое по прямой последовательности;

К вЂ” коэффициент компенсации; п — коэффициент пропорциональности.

Формирователь 2 преобразует положительные полуволны (при однополупериодном выполнении) подводимых синусоидальных напряжений в прямоугольные логические импульсы длительностью в полпериода подводпмых напряжений. На фиг. 2 — 5 приведены диаграммы напряжений, на которых по оси приведены диаграммы на пряжений на которых по оси абсцисс .отложено время t, а по оси ординат — напряжение U. Кривая !2 (фиг. 2а) соответствует напряжению Uo на выходе формирователя 1, пропорционального току нулевой . последовательности !р. Из напряжения U< .формирователем 2 (фиг. 1) формируются прямоугольные логические импульсы 13 (фиг. 2 б) длительность которых соответствует длительности положительной полуволны напряжения U>. Из импульса 13 формирователь 3 коротких импульсов формирует

-короткий импульс 14 (фиг. 2 в). Из импульса 14 расширителем 9 импульсов формируется импульс 15 (фиг. 2 r) длительносттью ъ

Передний фронт импульса 15 блоком 10 ,задержки задерживается на величину. ор

:(фиг . 2 д). При этом длительность импульса 16 на выходе блока 10 задержки равна

Р, (фиг. 2 д).

Кривые 17 (фиг. 3 а), 18 (фиг. 4 .а) и 19 (фиг. 5 а) соответствуют компенси-, т ровайным фазным напряжениям UA, Ua, Uc соответственно на выходе формирователя 1 (фиг. 1). Из напряжения бй формирователем 2 формируются прямоугольные логические импульсы 20 (фиг. 3 б), длительность которых соответствует длительности положительной полуволны компенсированного .фазного . напряжения UA .

Аналогично из компенсированных фазных напряжений О» и Uc формирователем 2"

10 (фиг. 1) формируются соответственно прямоугольные логические импульсы 21 (фиг 4 б) и 22 (фиг 5 б) длктельность которых также соответствует длительности положительной полуволны соответствующего компенсированного фазного напряжения.

Блоки 4 расширителей импульсов увели. чивают длительности импульсов на их вы- ° ,ходах относительно длительности импульсов на их входах на величинуо. При этом

zp длительность импульсов 23 (фиг. 3 в), 24 (фиг. 4 в) и 25 (фиг. 5 в) на выходах соответствующих блоков 4 расширителей импульсов равна 180 +6.

В нормальном режиме работы защищаемой линии электропередачи на выходах

А, В, С избирателя 6 особой фазы сигналы отсутствуют, При этом на одном из входов каждого из элементов 5 И сигнал также отсутствует, а следовательно, нет . сигналов и на выходах всех трех элементов 5 И. В результате на входы соответствующих элементов 7 ИЛИ поступают соответственно только импульсы 20 (фиг. 3 б)., 21 (фиг. 4 б) и 22 (фиг. 5 б), длительность которых равна длительности положительной полуволны соответствующих компенсированных фазных напряжений UA, Ua, Uc . При этом к входам элемента И 8 подаются импульсы 16, 20, .

21 и 22. Для срабатывания устройства необходимо и достаточно, чтобы при наличии импульса 16 одновременно присутство4Р вали импульсы 20, 21 и 22. Это имеет место при выполнении двух условий. Во-первых, напряжение Uo, пропорциональное току нулевой последовательности, должно либо опережать компенсированные фазные напря4 жения 1-1А ЙВ Uc на угол меньший Ур либо должно отставать от компенсированных фазных напряжений на угол, меньший 180 -д,(условие I), т. е. если одновременно выполняются неравенства

180о (. Цо (. р (53 а. 180,: arg — "-ф < р ; (6)

6o — 180 (arg-Вр — <1р, (7) где а гд — аргумент комплексного числа, находящийся в диапазоне от — 180 до. + 180 .

Во-вторых, пучок векторов компенсированных .фазных напряжений должен находиться в одной половине комплексной плоскости (условие 2), т. е. необходимо одно!

056345 временное выполнение двух неравенств Ь одной из следующих трех систем неравенств (8) (9) .,0 %arg--ф-

О <агк Цл- <180 ., () (erg--ф-- (М"

0 (arg -- 180" ./

О gary-Я-- (180

О (arg — <180 (10) В нормальном режиме ток нулевой пос. ледовательности отсутствует. При этом от сутствует и напряжение Uo, отсутствуют импульсы 16 (фиг. 2д) н сигнал на выходе элемента И 8 также отсутствует. Устройство не работает.

Рассмотрим работу устройства при однофазном коротком замыкании, например при замыкании на землю фазы А. В первый момент после короткого замыкания импульсы 16, 20,21 и 22 могут появиться раньше, чем появятся сигналы на выходах избирателя 6 особой фазы вследствие того, что время формирования непрерывных сигналов на выходах избирателя 6 особой фазы может быть больше времени, через которое появляются импульсы 16, 20, 21 и 22. При агом длл срабатывания устройства необходимо одновременное выполнение неравенства (5) — — (7), а также одновременно выполнение двух неравенств в одной из систем неравенств (8), (9! или (10). В комплексной плоскости сопротивления петли короткоlo замыкания раничными линиями каждого из неравенства (5), (6), (7) являются две полупрямые, выходящие соответственно из особых точек „и Р, (фиг. 6), в которых обрашакхгся в нуль компенсированные фаз/ I / ные напряжения Ull, Up и lJ< соответственно. Граничными линиями неравенства

5 лвллютсл полу11рлмые ОА и АО, образующие г прлмой А, параллельной действительной оси, углы 1; и бс соответственно (фиг. 6).

Аналогично граничными линиями неравенст.. ва (6) лвлянэтсл полупрлмые, ОВ и ВО, образу ощпс с прямой В, проходящей под утлом !20 к действпгсльной оси, углы, и д соответственно. Граничными линиями неравенства 7 являются полупрямые ОС и СО, образующие соответствейяо углы

1;, и Вр с прямой С, проходящей к действительной оси под углом 60 . Области выполнения неравенств (5) — (7) показаны штриховкой, Граничные линии «еравенств (8) †(10) предствляют собой соответственно .дуги AB и АС, BA и ВС, СА и СВ, опирающиеся на особые точки Р, Рв и Рс (фиг. 7), а вписанный угол дуг АВ, ВС и СА равен !20 .

Области одновременного выполнения двух неравенств в системах (8) †(10) обозначены, на фиг. 7 через .1; 11, I II соответственно, и показаны штриховкой. Область .выполнения условия (2), т. е. область на- хождения векторов компенсированных фаз. ных напряжений в одной полуплоскости, представляет собой сумму областей 1, П, и 111 и ограничена дугами АС, ВА и СВ (фиг. 7).

Область срабатывания устройства . при отсутствии сигналов на выходах избирателя 6 особой фазы является общей частью областей выполнения условия (! ) (фиг. 6) и условия (2) (фиг. 7) и показана яа фиг. 8. !

О Через время, равное времени срабатывания избирателя 6 особой фазы, на выходе

А избирателя 6 появляется непрерывный сигнал. Этот сигнал поступает на вход элемента 5 И, на другой вход которого постулает импульс 23 (фиг. 3 в) с выхода бло ка 4 расширителя 20 импульса, сформировай його из компенсированного напряжения

Ц фазы А. При этом на оба входа соот ветствующего элемента 7 ИЛИ поступают импульсы, причем на один из входов посту20 пает импульс 20 (фиг. 3 б), а на другой вход — импульс 23 (фиг. 3 в), длительность которого больше длительности импульса 20 на величину 6 В результате длительность импульса на выходе этого элемента ИЛИ равна длительности импульса 23 и к схеме

8 совпадения подаются импульсы !6, 21 — 23.

При этом в условиях срабатывания устройства неравенства (6), (7), (9) и (!0) не из: меняются, а неравенства (5) и (8) вследствие замены импульса 20 на импульс 23 принимают соответственно вид о -f80 -6 < erg — U <.4; (!1)

04агд U+ )gg +б (<2}

О,ьа„д ц, <180+8

По сравнению с йеравенством 5 в левой части неравенства 11 присутствуето. При этом граничная линия АО (фиг. 6 и фиг. 8) поворачивается вокруг точки Ру, по часовой стрелке яа угол с!. В результате прямая ОА характеристики предлагаемого уст40 роиства образует с прямой А угол 6о- с! (фиг. 9).

По сравнению с неравенствами (8) в г!равой части неравенств (12) вместо 180 присутствует сумма 180 + о. При этом вписанный угол дуги АС (фиг. 7 и фиг. 8} уменьшается и становится равным 60 — д (фиг. 9). В результате положения дуги АС характеристики предлагаемого устройства можно регулировать путем изменения вели.чины 6. Изменяя величину о, можно обеспечить любую требуемую чувствительность к переходным сопротивлениям. Наличие граничйых линий ОА, ОС, ОВ, АС, ВА, СВ и регулируемый поворот граничной линииАО относительно прямой А выгодно отличает область срабатывания предлагаемого

55 устройства от области срабатывания известйого устройства, так как наличие граничной ливии ОС приводит к повышению селективности при внешних двухфазных коротких

1056345 замыканиях на землю, наличие угла до — 3 между граничной линией ОА и прямой А и наличие граничной линии AC повышает селективность при внешних однофазных коротких замыканиях через переходное . 5 сопротивление. Действительно, лри внеш, них коротких замыканиях на расстоянии

Zly, через переходное сопротивление К конец вектора приведенного переходного сопротивления R3 оказывается ниже прямой А, которая является граничной линией области срабатывания известного устройства, и известное устройство срабатывает. В предлагаемом устройстве вследствие наклона граничной линии АО и ограничения области срабатывания дугой АС >5 конец вектора приведенного переходного сопротивления не попадает в область срабатывания предлагаемого устройства и неселективного срабатывания не происходит.

На фиг. 10 приведена характеристика дан- 20 ного устройства в комплексной плоскости отношения ЭДС питающих систем в пре-, дельном случае, когда место внешнего двухфазного короткого замыкания на землю фаз ВС неограниченно приближается, к концу защищаемой зоны.

Область срабатывания известного устройства, в котором граничная линия С исключается избирателем особой фазы„ ограничена прямбй В. При этом неселективных излишйих срабатываний не проис-. ходит, если

+p — 120 (9,60 + „, (13) где Т вЂ” угол полного сопротивления защищаемой линии. Из неравенства (13) следует, что потеря селективности известного устройства может наступить при 9 (— 120, 35 что может иметь место в режиме нагрузки даже при отсутствии качаний.

Область срабатывания описываемого устройства в плоскости отношения ЭДС ограничена граничными линиями ВО и ОС, которые поверйуты относительно прямых 4О

В я С (фиг. 10). При этом неселективных срабатываний не происходит, если .Р,г — 240 — Wî (e<60 + <„+ Bо о(14)

Выбирая о таким образом, чтобы вымол нялось условие

240 — Рл — о (9р р (15) где 9н — максимально возможное расхождение по фазе эквивалентных ЭДС в режиме нагрузки, можно исключить неселективное (излишнее) срабатывание устройства при наложении режимов нагрузки и внел1него короткого замыкания.

Работа устройства симметрична к виду короткого замыкания.

То есть аналогичным образом устройство будет работать при коротких замыканиях на землю фазы В н фаз СА, фазы С и АВ. Так, лри коротком замыкании на землю фазы В или фаз СА нспрерывный сигнал появится на выходе В избирателя 6 (фиг. 1) особой фазы. При этом на соответствующий вход схемы 8 совпадения вместо импульса 21, длительность котороо соответствует длительности положительной полуволны компенсированного фазного

/ напряжения U s, поступает расширенный импульс 24 (фиг. 4 в) и будет происходить поворот граничной линии ВО на угол д относительно особой точки Рв и снижение на величину о вписанного угла дуги ВА.

Аналогично при коротком замыкании на землю фазы С или фаз АВ непрерывный сигнал появляется на выходе С избирателя 6 особой фазы (фиг. 1). При этом на соответствующий вход схемы 8 совпадения вместо импульса 22, длительность которого соответствует длительности положительной полуволны компенсированного фазного напря/ жения Ue, поступает расширенный импульс 25 (фиг. 5 в) и будет происходить поворот граничной линни СО на угол о вокруг особой точки Р и снижение на величину о вписанного угла дуги СВ.

При двухлолупериодном выполнении данного устройства число блоков 3 в 10 удвоится.

Таким образом, данное устройство при сохранении высокой чувствительности к пере ходным сопротивлениям при однофазных коротких замыканиях на землю в защищаемой зоне позволяет повысить селективность при внешних однофазных и двухфазных коротких замыканиях на землю как при металлических, так и через переходные сопротивления, в условиях расхождения ло фазе эквивалентных ЭДС питающих систем.

Такое сочетание свойств позволит сократить число излишних (неселективных) срабатываний как при однофазных, так и при двухфазных внешних коротких замыканиях йа землю, что позволит повысить надежность, электроснабжения потребителей электрической энергии и .даст существенный техникоэкономический эффект.

3056345!

056345

Фиг.9

Составитель Т. Щеголькова

Редактор С. Патрушева Техред И. Верес Корректор О. Билак

Заказ 9323/50 Тираж 61? Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

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

Филиал ППП «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4