Устройство для дистанционной защиты от несимметричных коротких замыканий на землю

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОЙ ЗАЩИТЫ от йесимметричвых коротких замыканий на землю по авт.: св. № 1030904, отличающееся тем, что, С; целью повышения селективности, оно допол - ./ нительно содержит блок формирования ко ротких импульсов, три блока сдвага импульсов и три элемента. И, причем вход каждогб, блока сдвига импульса соединен с соответствующим выходом преобразователя синусоидального напряжения в логические сигналы, выходы каждого блока сдвига импульсов соединены с одним из. входов соответствующего элемента И, другие входы которых соединены с соответствующими выходами избирателя особой фазы, а выходы элементов И соединены с соответствующими входами соответствующих э.лементов ИЛИ, при этом блок формирования коротких импульсов включен между одним выходом преобразователя напряжения и входом элемента совпадения. (П СП 05 00 4 О5

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 1030904 (2! ) 2901350/24-07 (22) 10.04.80 (46) 23.11.83. Бюл. № 43 (72) В. А. Шабанов, А С. С. Саухатас и Я. А. Шнейдер (71) Уфимский нефтяной институт и Рижский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт (53) 621.316.925 (088.8)

56). 1. Авторское свидетельство СССР о 1030904 кл. Н 02 Н 3/40, 1977. (54) (57) УСТРОР1СТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОЙ ЗАЩИТЫ от несимметричных коротких замыканий на землю по авт.; св. № 1030904, отличающееся тем, что, с целью повышения селективности, оно допол„.SU„„1056346 A нительно содержит блок формирования ко. ротких импульсов, три блока сдвига импуль-. сов и три элемента И, причем вход каждого, блока сдвига импульса соединен с соответствующим выходом преобразователя сийусоидального напряжения в логические сигналы, выходы каждого блока сдвига импульсов соединейы с одйим из. входов соответствующего элемейта И, другие входы которых соединены с соответствующими выходами избирателя особой фазы, а выходы элементов И соединены с соответствующими входами соответствующих элементов

ИЛИ, при этом блок формирования коротких импульсов включен между одним выходом преобразователя йапряжейия и входом элемента совпадения.

1056346

Изобретение отйосится к электроэйергетике и предназначено для дистанциояяой зац нты линий электропередач от несиммет- ричных коротких замыканий йа землю.

По основному авт. св. № 1030904 известно устройство для дистанционной защиты линии электропередач от несимметричных коротких замыкайий на землю, содержащее формирователь компенсированных фазных напряжейий и напряжейия, пропорционального току нулевой последовательности, соединеяяый с формирователем импуль сов, первые,три выхода которого соединены соответственно .с одним из входов соответствующего элемента ИЛИ, другие входы которых соедннейы с соответствую-, щими выходами АВС .избйрателя особой фазы, четвертый выход преобразователя синусоидальйых. напряжений в логические сигналы через формирователь короткйх импульсов соединен с одним из входов элеМспга совпадения. Выходы трех элементов

ИЛИ соответственно соединены с соответствующими тремя другими входами элемента совпадения, выход которого соединея с выходным органом.

Эта устройство имеет значительно выше чувствительйость к однофазным коротким замыканиям через переходйое сопротивление. На выходе устройства появляется сигнал (устройство срабатывает), если одновременно присутсгвуют все четыре импульса на входах схемы совпадения 111, Одйако известное устройство характеризуется недостаточйой селективностью при внешних коротких замыканиях йа землю в прямом направлении в условиях расхождения по фазе эквивалентных ЭДС питающих систем. Обусловлен яедостатак тем, чта при коротком замыкании на землю одной из фаз (или при коротком замыкании йа землю двух других фаз) на соответствующем выходе избирателя особой фазы появляется непрерывный сигнал, который поступает йа вход соответствующего элемента ИЛИ и полностью исключает влияйие прямоугольйого логического сигнала, поступающего йа другой вход упомянутого элемента ИЛИ.

Так, например, при коротком замыкании йа землю фазы А (или фазы ВС) йа выходе А избирателя особой фазы появляется йепрерывпый сигйал, который поступает яа вход элемента ИЛИ и условие срабатывания устройства становится независимым от .йаличия прямоугольйого сигйала, сформированного из компенсированного яапряженйя фазы С, опережающей особую фазу А.

Цель изобретения — повышение селектнвяости при вйешйих двухфазйых коротких замыканиях на землю.

Поставленная цель достигается тем, чта устройство для дистаяционйой защиты от йесимметричйых коротких замыканий яа землю дополнительно содержит блок форми рования коротких импульсов, три блока сдвига импульсов и три элемента И, причем вход каждого блока сдвига импульсов сое дийей с соответствующим выходом преоб разователя синусоидальйого напряжения в, логические сигналы; выходы каждого блока сдвига импульсов соединены с одним из. входов соответствующего элемента И, другие входы которых соедийены с соответствующими .выходами избирателя особой фазы, а.выходы элементов И соединены с соответствующими входами соответствующих

1О элементов ИЛИ.

Введение трех блоков сдвига импульсов, сформированных из компейсированных фазйых напряжений и подключения выходов каждого из них к одному из входов соот,ветствующего элемента И, к другим входам которых подключейы соответствующие af»-, ходы избирателя особой фазы. позволяет вместо яепрерывяого сигнала с выходов избирателя особая фазы подавать на соответствующие входы элемейтав ИЛИ импульс

>О йый сигнал, причем этот сигйал сдвинут по времени относительно соответствующих логических сигйалов йа выходе преобразователя сияусоидальных" напряжений в логические сигналы. При этом вместо непрерывного сигнала на соответствующем входе

25 схемы совпадения и полного исключеяия компейсированного напряжения фазы, опережающей особую, йа упомяйутый вход схе. мы совпадения через элемент ИЛИ посту пают и логический сигнал, сформированный из компенсированяого напряжения фазы, ЗО опережающей особую, и сдвинутый по времени сигнал. В результате, вместо исключейия компейсированйого йапряжения фазы, опережающей особую, происходит расширейие импульса, сформированного из этого напряжения. При этом вместо полного исключения соответствующей гранично" лийии области срабатывания устройства в комплексной плоскости происходит ее поворот, что приводит к ограйичению области срабатывания и, как следствие, к повышению

40 селективности.

На фиг. 1 предсгавлейа блок- схема устройства; йа фиг. 2 — 5 — диаграммы напря, жений; на фиг. 6 — 11 — характеристики срабатывайия в комплексных плоскостях.

Устройство содержит формирователь 1

4 компенсированных фазных напряжений Ох, U>, Ос и напряжения 11, пропорционального току йулевой последовательности, выходы которого соединены с соответствующими входами прдобразователя 2 синусоидальйых напряжений в Прямоугольные логические сигналы, каждый из первых трех выходов которого соответственно соединен с входом соответствующего блока 3 сдвига импульсов, выход каждого из которых соедияен с: одним из входов соответствующего элемента И 4, у другие входы которых соединейы с соответствующими выходами избирателя 5 особой фазы, а выходы каждого из элементов

4 И соединены с одйим нз входов соответст-. вующих элемейтав 6 ИЛИ, другие входы

1056346

3 которых соединены соответственно с упомя- нугыми первыми тцемя выходами преобразователя 2; четвертый выход преобразователя 2 соединен с входом формирователя 7 коротких импульсов; выход преобразователя 7 и выходы элементов 6 ИЛЙ соединены с входами элемента 7 совпадения, выход которого соединен с входом преобразователя У импульсного сигнала в непрерывйый.

Устройство дистанционной защитИ линий электропередач от несимметричных коротких замыканий на землю работает следующим

Образом.

На входы формирователя 1 (фиг. 1) поступают напряжения UA, Ц,, 0с и токи IA, 1ь,. Ie соответствующих фаз А, В, С и ток нулевой последовательности Ip, из KoTopblx формирователем 1 формируются следующие компенсированные фазные напряжения

Ua, Ub, Uc, и напряжение, пропорциональное току Нулевой последовательНости

UA = 34 — Х7(1А + К1о); (1) .Цв = Ue 8 Zy (I e + К! о) (2) !.1с = Uc —,Zy(lc + К1о); (3)

U = — п1ь, (4) где Zy- сопротивление уставки, определяемое по прямой последовательности;

К- коэффициейт компенсации; - коэффициент пропорциональности.

Преобразователи 2 преобразуют положительные полуволны (при однополупериодном выполнении) подворимых синусоидальных напряжений U, Up, Ue, Uc в прямоугольные логические импульсы.

На фнг. 2 — 5 изображены диаграммы напряжений, где по оси ординат отложено напряжение U, а по оси абсцисс t — время.

Кривая .10 (фиг. 2а) соответствует найряжению U на выходе формирователя 1, йро порционального току нулевой последова тельности I . Из напряжения U преобразо. вателем 2 (фиг. 1) формируются прямоугольные логические импульсы 11 (фиг. 26); длительность которых соответствует длительности положительйой полуволны напря жений U. Кривая l 2 (фиг. За) co0Tse ersy> ет компенсированному напряжеяию фазы А на выходе формирователя !. Из напряжения UA преобразователем 2 формируются прямоугольные логические импульсы . 13 (фиг. 3 б), длительность которых соответствует длительности положительйой полуволI ны напряжения UA. Аналогично кривая 14 (фиг. 4а) и кривая 15 (фиг. Ga) соответствуют компенсированным напряжениям ОВ и

U на выходе формирователя 1, из которых преобразователем 2 также формируются прямоугольные логические импульсы 16 (фиг. 46) и 17 (фиг. 5 в), длительность которых также соответствует.: длительности положительной полуволны соответствующего компенсированного напряжения.

Блоки 3 сдвига импульсов сдвигают нм Йульсы на их выходах относительно импуль-сов яа их входах. Прн этом импульсы .18 (фиг. Зв), 19 (фиг. 4в) и 20 (фиг. 5в) йа, выходах соответствующих блоков 3 сдвига импульсов, оказываются сдвинутыми на ве-. личину д относительно соответствующих импульсов 13 (фиг. 36), 16 (фиг. 46) у 17 (фиг. 56), сформированных соответственно нз компенсироваяных напряжений Up, Us, Uc.

Формирователь 7 коротких импульсов из прямоугольного логического импульса 11

1п (фиг. 26) формирует короткий импульс 21 (фиг. 2в) в момент перехода напряжения U от отрицательных значений к положительным.

В нормальном режиме работы защищаемой линии электропередачи на выходах А, В, С избирателя 5 особой фазы сигналы отсутствуют. При этом на одном из входов,: каждого из элементов 4 И сигнал также от- сутствует, а следовательно. Нет сигн,"лов я на выхбдах всех трех элементов 4 И. В ре- ; зультате на входы соответствующих элемен-, 20 тов 6 ИЛИ поступают соответственно только импульсы 13 (фиг. Зб), 16 (фиг, 46) н 17 (фиг, 56), длительность которых равяа дли- тельности положительной полуволяы соот- ветствуюш их компенсированных наяря>ке35 ний UA, Ue, Йь. При этом к входам схемы 8 совпадения подаются импульсы для срабатывания устройства необходимо и доста-:.

:.точно, чтобы в момент появлеяия короткого импульса 21 одновременно присутствовали импульсы 13, 16, 17. Это имеет место в том случае, если ток нулевой последовательности 1 опережает все три компенсированных.

- I / фазных напряжения UA, Ue, Uc яа угол, меяьший 180, т.е. одновременяо выполняются условия

0 warg !,4ф180 ; (5)

0 argI+ g !80 (6)

0 «arg 1о®<180, (7) где arg — аргумент комплексного числа.

В нормальном режиме ток. нулевой последовательности отсутствует, а пучок векторов компенсированных напряжений нельзя охватить углом 180 . Прн этом условия (5), (6), (7) не выполняются, на выходе элемента 8 совпа,вення сигнал отсутствует и устройство не работает.

Рассмотрим работу устройства при однофазном коротком замыкании, например при замыкании на землю фазы A. В первый момент после короткого замыкания импульсы

13, 16, !7, 21 могут появиться раньше,. чем появятся сигналы на выходах избирателя 5 особой фазы вследствие того, что время формирования непрерывных сигналов на выходах избирателя 5 особой фазы может быть больше времени, через которое появляются импульсы 13, 16, 17, 2!. При этом для срабатывания устройства также необходимо

>> одновременное выяолнение условий (5), (6)

:и (7). В комплексной плоскости сопро.явления петли короткого замыкания гра.,инной линией каждого из .условий при отсутствии нагрузки является прямая линия.

1056346

На фиг. 6 такие прямые построены для ,случая равенства углов всех полных сопро-. тивлений элементов защищаемой сети. Условию (5), соответствует прямая AO. условию (6) — прямая ВО н условию (7) — пряI мая СО. Прямые проходят через точки Рр,, Р, Рс компллексной плоскости, в которых обращаются в нуль соответственно компен. с сированные напряжения Uq, 1!в, !!с. Область (по формулам 1 — 3) срабатывания устройства в этом случае ограничена правильным треугольйиком со сторонами АО, БО, СО.

Через время, равное в1)емени срабатьтвания избирателя особой фазы, на выходе А избирателя появляется непрерывный сигнал. Этот сигнал поступает на вход элемента 4 И, на другой вход которого поступает импульс 20 (фиг. 5 в) с выхода блока 3 сдвига импульса 17, сформированного из компенсированного напряжения фазы С.

При этом на оба входа соответствуюшего элемента 6 ИЛИ поступают импульсы, причем на один из входов, поступает импульс 17 (фиг. 5б), а на другой вход — импульс 20 (фиг. 5в). В результате на выходе элемента 6 ИЛИ длительность импульса 22 (фиг. 5г) равна 180" +,в, причем передний фронт импульса 22 сдвинут относительно моментов перехода через пуль компенсированного фазного напри>кения Uc от отрииательпых значения к положительным на ве личипуу. При этом к входам элемента 8 совпадения подаются импульсы 13, 16, 21 и 22 и для срабатывания устройства необходимо и достаточно, чтобы в момент короткого импульса 2! одновременно присутст-" вовали импульсы.l3, 16 и 21. Это имеет место в то» случае," если одновременно выполняются условия (5), (6) н условие — У !"я ф с ИЮ . (8) .l

По сравнению с условием (7) в левой части условия (8) присутствует р вместо О.

При этом граничная линия условия (8) представляет собой два луча СО и СО", исходящие из точки Рс (фиг. 7). Луч СО соответствует случаю arg 1/Uc = 180, а луч СΠ— случаю агд !o/Uo — — — p. I In сравнению с прямой (фиг, 6) луч СО (фиг. 7) повернут по часовой стрелке относительно точки Рс на угол . Выбираяp >60, можно обеспечить любую чувствительность к переходным сопротивлениям. Однако в известйом устройстве высокая чувствительность достигается путем полного исключения граничной линии СО, а в предлагаемом — путем поворота граничной линии СО, что приводит к повышению селективности при внешних двухфазных коротких замыканиях на землю в условиях расхождения по фазе на угол е ЭДС эквивалентных питающих систем.

На фиг. 8 приведена характеристика известного устройства в комплексйой плоскости отношения ЭДС питающих систем 6 продольном случае, когда место внешнего короткого замыкания неограниченно приб5 лижается к концу защищаемой зоны. В первый момент после короткого замыкания пока не сработал избиратель 4 особой фазы область срабатывания известного и предлагаемого устройства ограничена прямымн

ВО и СО; При этом излишнего срабатыва- ния не происходит, если . л — 240 (9 <60 + (л (9) где У4-угол полНого сопротивления защищаемой линии.

После срабатывания избирателя особой

f5 фазы в известном устройстве исключается" компенсированное напряжение фазы С, а следовательно, из характеристики исключается граничная линия СО. При этом область, срабатьтвання ограничена только прямой BO излишнего срабатывания не происходит в том случае, если

Рл- 120 9<60 + .ф„(10)

Из условия (10) следует, что потеря селективностн может наступить при с! (f— — 120 . Так как угол „полного сопротивления защищаемой линии обычно лежит в интервале 60 — 90, а угол 9 в режиме нагрузки изменяется обычно в интервале от — 90 до +90, то известное устройство может излишне сработать даже при отсутствии

3О кача ий

В предлагаемом устройстве вместо исключения граничной линии СО при коротких замыканиях на землю фазы Л .или фаз ВС происходит поворот ее на угол,р . Харак. геристика предлагаемого устройства в комплексной плоскости отношения ЭДС при внеш нем коротком замыкании на землю фаз ВС приведена на фиг. 9. Область срабатывания предлагаемого устройства ограничена дву" мя прямыми ВО и СО. Угол между пря-, мыми СО и С0 равенр. При этом излиш него срабатывания устройства не происходит, если

- л — 240 + ф(Я(б0 +- л. (11)

Выбирая f Tÿêèì образом, чтобы выпол нялость условие

4 240" — - тл —.6 (6н, (12) где g максимально возможное расхождение по фазе эквивалентных ЭДС в режиме нагрузки, можно исключить неселективное срабатывание устройства при наложении ре-, жимов нагрузки и внешнего короткого за50

Работа устройства симметрична к виду короткого замыкания. Т.е. аналогичным образом устройство будет работать при коротких замыканиях на земл|о фазы В и фаз СА, фазы С и фаз АВ, 55 г!апример, при коротком замыкании на землю фазы В нли фаз СА непрерывный сигнал появится на выходе Б избирателя 5 (фиг. !) особой фазы. При этом на соот1056346

7 ветствующий вход элемента 8 совпадения вместо импульса 13, длительность которого соответствует длительности положительйой иолуволны компенсированного фазного напряжения ()л, . поступает импульс 23 (фиг. Зг) и будет происходить поворот гра- 5 яичной линии АО на угол р относительйо точки Рл (фиг. 10). Аналогично при коротком замыкании на землю фазы С или фаз АВ непрерывный сигнал появляется на выходе С избирателя 5 особой фазы (фиг. 1). 1о

При этом на соответствующий вход элемента 8 совпадения вместо импульса 16, длительность которого соответствует длительности положительной полуволны компенсированного фазного напряжения 0@ посту-: ает импульс 24 (фиг. 4г) и будет происхо-. 15 ить поворот граничной линии ВО на уголь относительно точки Р 1фиг. 11).

При двухполуперибдном выполнении устройства число блоков 2, 3, .4, 6, 7 и 8 удвоится.

Таким образом, данное устройство позволяет обеспечить высокую селективность при внешних коротких замыканиях иа землю в условиях расхождения по фазе эквивалентных ЭДГ при сохранении высокой чувствительности к переходным сопротивлениям при однофазиых коротких замыканиях в защищаемой зоне.

ТакОе сочетание свойств позволит сократить как число излишних срабатываний при внешних коротких замыканиях, так и число отказов дистанционной защиты при коротких замыканиях в защищаемой зоне, что позволит повысить надежность электроснабжения потребителей электрической энергии и даст существенный технико-экоиомическ и и эффект.

1056346

Фиг 7

Рс СО

Фиа1f

Со авитель T. Щеголькоаа

Техред . Верес Корректор О. Билак

Тираж 6 7 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и от крытий

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

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

Редактор С. Патрушева

Заказ 9323/5и