Линия электропередачи сверх- и ультравысокого напряжения

 

(19)RU(11)1072734(13)C(51)  МПК ⁶    _{H02J3/00, H02H3/06}Статус: по данным на 27.12.2012 - прекратил действиеПошлина:

(54) ЛИНИЯ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ СВЕРХ- И УЛЬТРАВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к области энергетики, а именно к электрическим сетям сверх- и ультравысокого напряжения. Известна линия электропередачи, оборудованная блоками однофазного автоматического повторного включения (ОАПВ). Однако в ряде случаев из-за большого значения сопровождающего тока в дуге и высокого восстанавливающего напряжения на отключенной фазе в месте повреждения ОАПВ бывает неуспешным. Известно устройство, ограничивающее ток подпитки дуги поврежденной фазы и восстанавливающееся напряжение на ней, состоящее из трех шунтирующих реакторов, подключенных к трем фазам воздушной линии, и четвертого реактора, включенного в нейтраль первых трех. Недостатком такого устройства является то, что в цикле ОАПВ реакторы должны быть подключены ко всем трем фазам, что снижает предел устойчивости электропередачи. Кроме того, это устройство не компенсирует электромагнитную составляющую тока подпитки. Наиболее близкой к предложенной линии является линия электропередачи сверх- и ультравысокого напряжения, оборудованная на каждом конце высоковольтным выключателем с блоком управления им (БУВ), трансформаторами тока и напряжения в каждой фазе линии, блоком автоматического шунтирования фазы (АШФ) линии на землю с блоком пофазного управления им (БПУ АШФ), логическим блоком И, блоком релейной защиты (БРЗ), блоком однофазного автоматического повторного включения линии (ОАПВ), причем выходы трансформаторов тока и напряжения включены на входы БРЗ, выход его подсоединен к входу ОАПВ, отключающий выход ОАПВ соединен с входом БПУ АШФ и с отключающим входом БУВ, включающий выход ОАПВ через блок И подключен к включающему входу БУВ, на другой вход блока И включен выход фиксации отключения БПУ АШФ. Недостатком этого устройства является низкая надежность, так как для линий сверх - и ультравысокого напряжения большой длины не обеспечиваются условия для успешного гашения дуги из-за значительного тока подпитки при достаточно высоком восстанавливающемся напряжении на поврежденной фазе линии. Цель изобретения - повышение надежности повторного включения линии. Это достигается тем, что линия электропередачи сверх- и ультравысокого напряжения, оборудованная на каждом конце высоковольтным выключателем, блоком автоматического шунтирования фазы (АШФ) линии на землю, содержащая трансформаторы тока и напряжения в каждой фазе линии, к выходам которых подключены входы блока релейной защиты БРЗ, выход его подсоединен во входы блока однофазного автоматического повторного включения (ОАПВ), отключающий выход ОАПВ соединен с входом блока пофазного управления АШФ БПУ АШФ, и с отключающим входом блока управления высоковольтным выключателем (БУВ), включающий выход ОАПВ через элемент И подключен к включающему входу БУВ, на другой вход блока И включен выход фиксации отключения БПУ АШФ снабжена блоком измерения расстояния до места повреждения (БИР), блоком уставки напряжения (БУ), источником трехфазного напряжения промышленной частоты (ИТН) с блоком регулирования величины и фазы напряжения промышленной частоты (БР), блоком задержки (БЗ), который включен между отключающим выходом ОАПВ и входом БИР, подсоединенным на выход БРЗ, выход расстояния до места повреждения БИР включен на аналогичный вход БУ, выход последнего подключен к входу уставки БР, включенного в нулевой провод АШФ, вход тока и вход напряжения БУ подсоединены соответственно к выходам трансформаторов тока и напряжения, вход фиксации поврежденной фазы БУ присоединен к отключающему выходу ОАПВ, выход отсутствия повреждения БИР подключен к свободному входу блока И. Линия электропередачи БИР состоит из передатчика приемника, генератора временных интервалов, элемента ИЛИ, элемента НЕ и элементов И, число которых прямо пропорционально длине линии электропередачи в заданном масштабе расстояния, один вход которых через генератор временных интервалов подсоединен к выходу передатчика, соединенного с фазами линии, другой вход каждого элемента И подключен к выходу приемника, вход которого подсоединяется к фазам линии, выходы элементов И являются выходами расстояния до места повреждения и подсоединены через элемент ИЛИ на вход элемента НЕ, выход которого образует выход отсутствия напряжения. Линия электропередачи БУ может состоять из элементов И элементов выбора фазы и физических моделей участков линии, соединенных между собой в последовательную цепь, число которых равно количеству выходов расстояния до места повреждения блока БИР, каждая модель включает в себя магнитносвязанные катушки индуктивности, включенные в каждую фазу модели, конденсаторы, включенные между фазами модели и между фазой земли, один конец последовательной цепи образует вход тока и вход напряжения и подсоединен через элемент выбора фазы к земле, второй конец цепи образует вход тока и через элемент выбора фазы подсоединен к земле, точки соединения моделей через элементы И подсоединены на вход элемента выбора фазы, выход которого образует выход блока, при этом другие входы элемента И образуют вход расстояния до места повреждения, а вторые входы элементов выбора фазы образуют вход фиксации поврежденной фазы. На фиг.1 изображена принципиальная функциональная схема связи отдельных элементов линии электропередачи; на фиг.2 - схема замещения линии; на фиг.3 - диаграмма распределения восстанавливающегося напряжения вдоль линии на отключенной фазе; на фиг.4 - схемы блоков БИР и БУ; на фиг.5 - схема замещения участка линии. Линия электропередачи сверх- и ультравысокого напряжения (фиг.1) оборудована на каждом конце высоковольтным выключателем 1 с блоком 2 управления им (БУВ), трансформаторами 3 и 4 тока и напряжения в каждой фазе линии, блоков 5 автоматического шунтирования фазы (АШФ) линии на землю с блоком 6 пофазного управления им (БПУ АШФ), логическим блоком 7 И, блоком 8 релейной защиты (БРЗ), блоком 9 однофазного автоматического повторного включения линии (ОАПВ), причем выходы трансформаторов 4 и 3 тока и напряжения включены на входы 10 и 11 БРЗ, выход его подсоединен к выходу 12 ОАПВ, отключающим входом 13 БУВ, включающий выход 14 ОАПВ через блок 7 И подключен к включающему входу 15 БУВ, на другой вход блока 7 И включен выход 16 фиксации отключения БПУ АШФ, она снабжена блоком 17 измерения расстояния до места повреждения (БИР), блоком 18 уставки напряжения (БУ), источником 19 трехфазного напряжения промышленной частоты (ИТН) с блоком 20 регулирования величины и фазы напряжения промышленной частоты (БР), блоком 21 задержки (БЗ), который включен между отключающим выходом 12 ОАПВ и входом БИР, подсоединенным на выход БРЗ, выход 22 расстояния до места повреждения БИР включен на аналогичный вход 23 БУ, выход последнего подключен к входу 24 уставки БР, включенного в нулевой провод АШФ, вход 25 тока и вход 26 напряжения БУ подсоединены соответственно к выходам трансформаторов тока и напряжения, вход 27 фиксации поврежденной фазы БУ присоединен к отключающему выходу 12 ОАПВ, выход 28 отсутствия повреждения БИР подключен к свободному входу блока 7 И. В линии электропередачи БИР содержит (фиг.4) передатчик 29, приемник 30, генератор временных интервалов 31 и несколько параллельно соединенных элементов И 32, причем один вход каждого элемента И 32 через программный элемент подсоединен к выходу передатчика, соединенного с фазами линии, другой вход каждого элемента И 32 подключен к выходу приемника 30, вход которого подсоединяется к фазам линии, выходы элементов 32 И образуют выход 22 расстояния до места повреждения и, кроме того, подсоединены через элемент ИЛИ 33 на вход элемента НЕ 34, выход которого образует выход 28 отсутствия повреждения. В линии электропередачи БУ может состоять из элементов И 35, элементов 36 выбора фазы и физических моделей 37 участков линии, соединенных между собой в последовательную цепь, каждая модель 37 включает в себя магнитносвязанные катушки индуктивности 38, включенные в каждую фазу модели 37 конденсатора, включенные между фазами 39, и конденсаторы 40 фаза-земля, один конец последовательной цепи образует вход 25 тока и вход 26 напряжения и подсоединен через элемент 36 выбора фазы к земле, второй конец цепи образует вход 25 тока и через элемент 36 выбора фазы подсоединен к земле, точки соединения моделей 37 через элементы И 35 подсоединены на вход элемента 36 выбора фазы, выход которого образует выход БУ, при этом другие входы элементов И 35 образуют вход 23 расстояния до места повреждения, а вторые входы элементов 36 выбора фазы образуют вход 27 фиксации поврежденной фазы. Линия работает следующим образом. При возникновении короткого замыкания (к.з) на одной из фаз линии работает БРЗ 8 по информации, полученной от трансформаторов 3 и 4 тока и напряжения, и совместно с ОАПВ 9, которое выбирает поврежденную фазу линии, через БУВ 2 отключает эту фазу с помощью выключателя 1. Такое действие осуществляется на обоих концах линии. При отключении фазы линии с двух сторон выключателями через дугу в месте повреждения продолжает протекать ток, обусловленный междуфазовой емкостной проводимостью, а после погасания дуги восстанавливается напряжение, величина которого зависит от соотношения междуфазовых емкостей и емкости отключенной фазы на землю. Для линий напряжением до 500 кВ соотношение величины сопровождающего тока и восстанавливающегося напряжения таково, что обеспечиваются условия для естественного погасания дуги. Для линий более высокого напряжения ток подпитки и восстанавливающееся напряжение возрастают, и дуга погаснуть не может. Для уменьшения тока подпитки восстанавливающегося напряжения и тем самым обеспечения эффективности ОАПВ после отключения фазы линии выключателями 1 от ОАПВ 9 предложено в цикле ОАПВ заземлить с двух сторон отключенную фазу линии. Это производят путем воздействия после работы БРЗ 8 и ОАПВ 9 через БПУ АШФ 6 на включение соответствующей фазы АШФ 5 на землю. Такое включение эффективно для длинных ВЛ ультравысокого напряжения УВН только при малом удалении места к.з. от концов линии (в пределах 10-20% ее длины). При заземлении отключенной фазы с двух сторон через дугу в месте повреждения протекает часть тока, обусловленного междуфазовой емкостью, а в контурах, образованных заземлениями по концам линии и в месте повреждения, протекает также ток, обусловленный электромагнитной связью между отключенной и работающими фазами (фиг.2). Ток дуги подпитки равен геометрической сумме указанных токов. После погасания дуги на отключенной и заземленной с двух сторон фазе линии восстанавливается напряжение, определяемое падением напряжения в индуктивном сопротивлении отключенной фазы от токов, обусловленных междуфазовой емкостной проводимостью и электромагнитной связью. Величина и фаза этого напряжения для любой точки линии в общем случае определяются геометрическими размерами линии, расстоянием от места к.з. до конца линии, напряжением и током на оставшихся в работе фазах. Примерная диаграмма распределения напряжения вдоль линии приведена на фиг.3 (кривая ). При простом заземлении отключенной с двух сторон поврежденной фазы длинной линии УВН условия для эффективного гашения дуги создаются только при малом удалении места к. з. (фиг.1) от концов линии (в пределах 10-20% ее длины). При большем удалении использование одной операции заземления поврежденной фазы с двух сторон линии для надежного погасания дуги в месте к.з. недостаточно. Поэтому нужно включить в цепь заземления БР 20, питаемый от ИТН 19. Выходное напряжение БР 20 равно по величине восстанавливающемуся напряжению в месте к. з. и противоположно ему по фазе и определяется выходным воздействием БУ 18, на вход которого от БИР 17 поступает информация о месте удаления к.з. от шин рассматриваемой подстанции, на напряжение и ток неповрежденных фаз линии, а также от ОАПВ 9 сведения о том, какая именно фаза линии повреждена, БИР 17 запускается от БРЗ 8 и замеряет удаленность места к.з. от соответствующего конца линии в процессе ликвидации к.з. выключателями 1. Используя эту информацию, блок 18 формирует выходное воздействие на блок 20 в соответствии с величиной и фазой восстанавливающегося напряжения в месте к.з. Таким образом, на концы линии подается напряжение, равное и противоположно направленное восстанавливающемуся напряжению в точке А (фиг.2), тогда диаграмма напряжения на отключенной фазе примет вид, изображенный на фиг. 3 кривой (напряжение восстанавливающееся компенсированное). При достаточно низком внутреннем сопротивлении источников переменного напряжения, включенных по концам линии, значение тока 1 м (электромагнитная составляющая тока) не изменится, а так как величина напряжения (в месте повреждения) намного меньше фазового напряжения неповрежденной линии, не изменяется и величина токов I_E1 и I_Е2. Таким образом, диаграмма напряжения сместится параллельно самой себе на величину , и потенциал провода поврежденной фазы в точке А приобретет нулевое значение, благодаря чему восстанавливающееся напряжение и ток подпитки в месте прежнего к.з. также уменьшаются до нуля и дуга погаснет. В ряде частных случаев для определения величины и фазы напряжения блока 20, обеспечивающего успешное гашение дуги, может оказаться достаточным получение информации только о расстоянии от конца до места к.з. и виде поврежденной фазы (А, В или С). По прошествии времени, достаточного для гашения дуги в месте к.з. и деионизации дугового канала, определяемого блоком 21 задержки, от ОАПВ запускается БИР 17 и фиксирует факт ликвидации к.з. Если к. з. ликвидировалось, то на вход логического блока И 7 поступает сигнал от БИР 17, а после отключения АШФ 5 также и сигнал от БПУ АШФ 6. При этом условии от ОАПВ 9 через блоки 7 и 2 идет команда на автоматическое повторение включение фазы выключателя 1. Если к.з. не ликвидировалось, то линия должна быть отключена от ОАПВ 9 тремя фазами в соответствии с существующими принципами действия ОАПВ 9. Блок 20 регулирования величины и фазы напряжения промышленной частоты БР может быть выполнен на базе статического фазорегулятора. Так как блок обслуживает все три фазы линии, пределы регулирования фазорегулятора должны обеспечивать изменение фазы выходного напряжения в пределах 360^о и величины от нуля до максимального значения восстанавливающегося на линии напряжения. В зависимости от параметров линии регулирование может быть либо плавным, либо ступенчатым. Блок должен обладать минимально возможным внутренним сопротивлением. Для обеспечения указанного диапазона регулирования источник 19 блока 20 должен быть трехфазным и синхронным с напряжением на ВЛ, например шины среднего напряжения подстанции или третичная обмотка автотрансформаторов. Блок 20 рассчитывается на кратковременную работу (до 1 с). Блок 18 уставки напряжения может быть выполнен в виде физической модели линии, как это показано на фиг.4, либо на базе управляющей ЭВМ, которая по значению тока и напряжения на неповрежденных фазах и расстоянию до места повреждения рассчитывает величину и фазу выходного напряжения БУ путем решения системы дифференциальных уравнений:
- = jωL + jωMI_A,
- = jωC + (- )jωC, где = 0,5 , = ; C=2C₁;
, - напряжение и ток фазы, эквивалентный двум неповрежденным;
, - напряжение и ток в неповрежденных фазах;
, I - напряжение и ток в отключенной фазе (см.фиг.5);
ω - круговая частота,
С - междуфазовая емкость 1 км ВЛ;
L - собственная индуктивность 1 км фазы ВЛ;
М - взаимная индуктивность между фазами 1 км ВЛ. Дифференцирование производится по l длине линии. Блок 17 измерения расстояния до места повреждения может быть выполнен на базе серийно выпускаемых промышленностью устройств типа ЛИДА. Для этого необходимо увеличить дальность действия этого устройства с 300 до 500-600 км (в зависимости от длины линии) путем увеличения мощности генератора зондирующих импульсов и изменения масштаба расстояний или получения информации с другого конца линии по линии связи. Одновременно снимается блокировка, предотвращающая повторное срабатывание. Модифицированное устройство ЛИДА работает совместно с блоком 18 уставки напряжения, выполненным в виде физической модели следующим образом. При подаче сигнала на вход БИР 17 запускается передатчик 29, который через фильтры присоединения подает сигнал на провода линии. Отразившись от места к. з. , сигнал возвращается в приемник 30. Одновременно передатчиком запускается генератор временных интервалов 31, который последовательно через определенные промежутки времени опрашивает элементы 32, выполненные по схеме И. На вторые входы этих элементов 32 через приемник 30 поступает отраженный сигнал. При совпадении двух сигналов элемент 32 срабатывает. Дальность до места к. з. определяется по номеру сработавшего элемента 32 и принятому масштабу расстояний. Эта информация подается на выход 22 расстояния до места повреждений БИР 17 и на вход элемента 33 ИЛИ, с выхода которого через элемент 34 НЕТ поступает на выход 28 отсутствия повреждения. В блоке 18 уставки напряжения на фазы модели линии подается напряжение от трансформаторов 4 напряжения и пропускается ток от трансформаторов 3 тока. Одновременно на вход 27 блока 18 подается информация о поврежденной фазе (А, В или С) и срабатывают элементы 36, заземляющие модель поврежденной фазы с двух сторон. Напряжения в различных точках модели соответствуют (в определенном масштабе) напряжению на реальной линии. После срабатывания элемента 32 в блоке БИР напряжение в месте повреждения подается на выходные линии и через элемент 36 на выход БУ 18.

Формула изобретения

1. ЛИНИЯ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ СВЕРХ- И УЛЬТРАВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ, оборудованная на каждом конце высоковольтным выключателем, блоком автоматического шунтирования фазы (АШФ) линии на землю и содержащая трансформаторы тока и напряжения в каждой фазе линии, к выходам которых подключены входы блока релейной защиты БРЗ, выход которого соединен с входом блока однофазного автоматического повторного включения линии (ОАПВ), отключающий выход которого соединен с выходом блока пофазного управления автоматическим шунтированием фазы (БПУ АШФ) и с отключающим входом блока управления высоковольтным выключателем (БУВ), включающий выход ОАПВ через логический элемент И подключен к включающему входу БУВ, на второй вход элемента И включен фиксирующий отключение выход БПУ АШФ, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности повторного включения линии, она снабжена блоком измерения расстояния до места повреждения (БИР), блоком уставки напряжения (БУ), источником трехфазного напряжения промышленной частоты (ИТН), соединенным с блоком регулирования величины и фазы напряжения промышленной частоты (БР), блоком задержки (БЗ), который включен между отключающим выходом ОАПВ и входом БИР, соединенным с выходом БРЗ, выход БИР соединен с аналогичным входом БУ, выход которого подключен к входу установки БР, включенного в нулевой провод АШФ, токовый вход и вход напряжения БУ присоединены соответственно к выходам трансформаторов тока и напряжения, вход фиксации поврежденной фазы БУ присоединен к отключающему выходу ОАПВ, выход отсутствия повреждения БИР подключен к третьему входу элемента И. 2. Линия по п. 1, отличающаяся тем, что БИР состоит из передатчика, приемника генератора временных интервалов, элемента ИЛИ, элемента НЕ и элементов И, число которых прямо пропорционально длине линии электропередачи в заданном масштабе расстояния, один вход которых через генератор временных интервалов подсоединен к выходу передатчика, соединенного с фазами линии, другой вход каждого элемента И подключен к выходу приемника, вход которого присоединен к фазам линии, выходы элементов И являются выходами расстояния до места повреждения и подсоединены через элемент ИЛИ к входу элемента НЕ, выход которого является выходом отсутствия напряжения. 3. Линия по п.2, отличающаяся тем, что БУ состоит из элементов И, элементов выбора фазы и физических моделей участков линии, соединенных между собой последовательно, число которых равно количеству выходов расстояния до места повреждения блока БИР, причем каждая физическая модель включает в себя магнитосвязанные катушки индуктивности, включенные в каждую фазу модели, конденсаторы, включенные между фазами и между фазой-землей, один конец последовательной цепи образует вход тока и вход напряжения и подсоединен через элемент выбора фазы к земле, второй конец цепи, является входом тока и через элемент выбора фазы подсоединен к земле, точки соединения моделей через элементы И подсоединены на вход элемента выбора фазы, выход которого является выходом БУ, при этом другие входы элементов И являются входом расстояния до места повреждения, а вторые входы элементов выбора фазы являются входом фиксации поврежденной фазы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 29-2002

Извещение опубликовано: 20.10.2002        

---