Устройство для дистанционной защиты линии электропередачи несимметричных коротких замыканий на землю

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОН .НОЙ ЗАЩИТЫ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ ОТ НЕСИММЕТРИЧНЫХ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕЬШЮ по авт.св. № 1056346, отличающееся тем, что, с целью повышения селективности, оно дополнительно снабжено последовательно соединенными элементами И, блоком выдержки времени и блоком преобразования импульсного сигнала в непрерывный , причем входы дополнительного элемента И соединены с выходами элементов ИЛИ, а выход блока преобразования импульсного сигнала в непрерывный соединен с дополнительным входом выходной схемы совпадения. (О

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

09) (И) д(д) Н 02 Н 3/40

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Г О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OfHPbfTMA

«

I ь ь- 1" Г

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ й:аЛ м,а, „-<

Ь,СС 1. (61) 1056346 (21) 3261751/24-07 (22) 06.04.81 (46) 07.04.84. Бюл. И- 13 (72) В.А.Шабанов и А.-С.С.Саухатас (71) Уфимский нефтяной институт и Рижский политехнический институт (53) 621.3?6.925(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 1056346, кл. Н 02 Н 3/40, 1980. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОН.НОЙ ЗАЩИТЫ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ ОТ

НЕСИММЕТРИЧНЫХ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ

НА ЗЕМЛЮ по авт.св. Ф 1056346, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью повышения селективности, оно дополнительно снабжено последовательно соединенными элементами И, блоком выдержки времени и блоком преобразования импульсного сигнала в непрерывный, причем входы дополнительного элемента И соединены с выходами элементов ИЛИ, а выход блока преобразования импульсного сигнала в непрерывный соединен с дополнительным входом выходной схемы совпадения.

1084922

Изобретение относится к электроэнергетике и предназначено для дистанционной защиты линии электропередач от несимметричных коротких замыканий на землю. 5

По основному авт.св. Ф 1056346

;известно устройство дистанцион,ной защиты от несимметричных коротких замыканий на землю, содержащее формирователь компенсированных фаэных напряжений и напряжения, пропорционального току нулевой последовательности, преобразователи указанных синусоидальных напряжений в

15 прямоугольные импульсы, знак которых совпадает со знаком мгновенных значений соответствующих напряжений, схему совпадения и блок преобразователя для преобразования импульсов в непрерывный сигнал (1) .

Недостатками известного устройства являются низкая чувствительность при однофазных коротких замыканиях в защищаемой зоне через переходное

25 сопротивление, особенно на линиях электропередачи небольшой длины при больших мощностях питающих систем, а также в ряде случаев низкая селективность, особенно на протяженных линиях электропередачи при больших мощностях питающих систем.

Обусловлен этот недостаток тем, что форма характеристики известных. устройств в комплексной плоскости однозначно определяется режимом ра- .35 боты защищаемой электропередачи и не регулируется параметрами схемы устройства. Б результате на линиях небольшой длины, а следовательно, и небольшой величины сопротивления 4О уставки и при мощных эквивалентных питающих системах площадь характеристики устройства в комплексной плоскости сопротивления петли короткого замыкания снижается и чувстви- 45 тельность к переходным сопротивлениям может оказаться недостаточной.

И наоборот, на линиях большой длины площадь характеристики увеличивается, что приводит к снижению селек- 50 тивности устройства при внешних коротких замыканиях в условиях расхождения по фазе ЭДС эквивалентных питающих систем.

Цель изобретения — повышение селективности при внешних однофазных и двухфазных коротких замыканиях на землю в условиях расхождения по фазе эквивалентных ЗДС питающих систем.

С этой целью устройство для дистанционной защиты линии электропередач от несимметричных коротких замыканий на землю дополнительно содержит последовательно соединенные элементы И, блок выдержки времени и блок преобразования импульсного сигнала в непрерывный, причем входы дополнительного элемента И соединены с выходами элементов ИЛИ, а выход блока преобразования импульсного сигнала в непрерывный соединен с дополнительным входом выходной схемы совпадения.

Введение дополнительного элемента

И, на входы которого подаются импульсы, сформированные иэ компенсированных фазных напряжений, и подключение выхода упомянутого элемента И через блок выдержки времени к входу блока преобразования импульсного сигнала в непрерывный, выход которого подключен к дополнительному входу вы— ходной схемы совпадения, приводит к тому, что для срабатывания устройства становится необходимым выполнение следующего условия: время совпадения импульсов, сформированных из компенсированных фазных напряжений, должно быть больше заданного времени, определяемого уставкой - блока выдержки времени. В результате характеристика устройства в комплексной плоскости сопротивления петли короткого замыкания, кроме прямолинейных участков, будет содержать дополнительно три дуги, ограничивающих область срабатывания, что приведет к повышению селективности при всех видах. внешних коротких замыканий. Положение упомянутых дуг, а следовательно, и селективность устройства, определяются величиной уставки блока выдержки времени.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 — 5 — диаграммы напряжений; на фиг. 6 — 12 характеристики срабатывания в комплексных плоскостях.

Устройство содержит формирователь

1 компенсированных напряжений фаз и напряжения, пропорционального току нулевой последовательности, выходы которого соединены с соответствующими входами преобразователя 2 указанных напряжений в прямоугольные логические сигналы, первый выход

1084922 4

Кривая 13 (фиг. 2а) соответствует напряжению Ц на выходе формирователя 1, пропорциональному току нулевой последовательности. Из напряжения Цц преобразователем 2 (фиг.1) формируются прямоугольные импульсы

14 (фиг. 26), длительность которых соответствует длительности положительной полуволны напряжения LID из10 Формирователь 3 из прямоугольного импульса 14 формирует короткий имгульс 15 (фиг. 2а), сдвинутый по времени на величину относительно момента перехода мгновенных значений напряжения через нуль от отрицателЬ" ных значений к положительным.

Кривые 16 (фиг. За), 17 (фиг.4а) и 18 (фиг. 5а) соответствуют компенсированным фазным напряжениям LIIS,

20 Ll и (1, из которых преобразоватеl о лем 2 формируются прямоугольные логические импульсы 19 (фиг. 36), 20 (фиг. 46) и 21 (фиг. 56), дпительность которых равна длительности

25 положительной полуволны соответствующего компенсированного напряжения.

Блоки 4 сдвига импульсов сдвигают по и времени импульсы на их выходах относительно импульсов на их входах.При

) 3p этом импульсы 22 (фиг. Зв), 23 (фиг. 4в) и 24 (фиг. 5в) на выходах соответствующих блоков 4 сдвига импульсов оказываются сдвинутыми на величину (3 относительно соответствующих импульсов 19 (фиг. 36), 20 (фиг. 46) и 21 (фиг. 56) .

В нормальном режиме работы защищаемой линии электропередачи ток нулевой последовательности отсутст4 вует. При этом отсутствует напряжение Оо, отсутствуют импульсы 15 на входе схемы 8 совпадения и устройство не работает. которого. соединен с входом формирователя 3 импульсов, а каждый из трех других выходов соединен с входом соответствующего блока 4 сдвига импульсов, выход каждого из которых соединен с одним из входов соответствующего элемента И 5, другой вход каждого из которых соединен с соответствующим выходом избирателя 6 особой фазы, а выходы каждого элементов И 5 соединены с одним из входов соответствующих элементов

ИЛИ 7, другой вход каждого из которьж соединен соответственно с упомянутыми тремя выходами преобразователя 2. Выходы элементов ИЛИ 7 соединены соответственно с первыми тремя входами схемы 8 совпадения и с входами элемента И 9, выход которого через блок 10 выдержки времени и блок 11 преобразования импульсног сигнала в непрерывный соединен с четвертым входом схемы 8 совпадения пятый вход которой соединен с выходом формирователя 3 импульсов и выход соединен с выходным органом

Устройство дистанционной защиты от несимметричных коротких замыкани на землю работает следующим образом

На входы формирователя 1 (фиг. 1 поступают фазные напряжения Ug, 0

Ос и токи 3 g, .1, J соответствую щих фаз А, В, С, ток нулевой последовательности )о, из которых форми рователем 1 формируются следующие компенсированные фазные напряжения )4 Uц, Ос и напряжение (1о про ( порциональное току нулевой последовательности

0 „= О д - - q (p, + 1 3 1; f<) 8= uв-z (Звi Зо1; (z) (1с = Ос 7, (3 " Зо) (>) (") где 2, — сопротивление уставки, опре45 деляемое по прямой последо-. вательности;

9 — коэффициент компенсации; и — коэффициент пропорциональности.

Преобразователь 2 преобразует положительные полуволны (при однополупериодном выполнении) подводимых синусоидальных напряжений fJA, 0 >

1 (ll, О в прямоугольные логические импульсы. На фиг. 2 — 5 изображены диаграммы напряжений, где по оси ординат отложено напряжение 0, а по оси абсцисс время t

При коротких замыканиях на землю появляется ток нулевой последовательности и на всех входах схемы 8 совпадения могут появляться импульсы.

Для срабатывания устройства необходимо, чтобы импульсы на всех входах схемы 8 совпадения присутствовали бы одновременно. Для этого необходимо выполнение следующих двух условий.

Условие 1. В момент появления импульса 15 на выходе формирователя

3 должны присутствовать импульсы на выходах всех трех элементов ИЛИ 7.

1084922

При отсутствии непрерывных сигналов на выходах А, В и С избирателя 6 особой фазы для выполнения условия 1 необходимо, чтобы напряжение 0О отставало от компенсированных фазных о напряжений на угол, меньший 180 т.е. чтобы одновременно выполнялись следующие три неравенства (5) О а фРА М

O а а,. 1 (ц (0<) «ец

fS) 30

0 сц- (О (П „Д

О агg фб! 0, <80 - у. ) 35

О агф 1с(ОА) < ЩО,(Ф01

0 aug(,uс (0 «SO -У 3

40 где f ц1 = И вЂ” задержка, выраженная в электрических градусах; л

43 =20k 1 — частота тока в сети.

У

На фиг. 6 — 10 приведены характеристики устройства в комплексной плоскости петли короткого замыкания при замыкании на землю фазы А в прямом направлении при отсутствии

50 нагрузки для случая неравенства углов всех полных сопротивлений элементов защищаемой сети.

Граничными линиями неравенств (5), (6) и (7) являются соответственно прямые А, В и С (фиг. 6), проходящие через особые точки Р>, Р>, Р комплексной плоскости, в ко5о 180 аг (Оо1 U ) < 8<

3, - 180 Ог ф,(о, 3,; (6) оо - 180 аг (U (u<.) «Ь,. (7) где а с — аргумент комплексного чис5 ла находящийся в интервале от -180 о до +180

Условие 2. Время одновременного присутствия импульсов на входах элемента И 9 должно быть больше времени задержки 6 блока 10 выдержки времени. При отсутствии сигналов на выходах А, В и С избирателя б особой фазы для выполнения условия

1 необходимо одновременное выполнение двух:неравенств в одной из следующих трех систем торых образуются в нуль компенсированные фазные напряжения.

Граничными линиями каждого из неравенств (8), (9) и (10) являются две дуги, опирающиеся на соответствующие особые точки комплексной плоскости. Так граничными линиями первого из неравенств (8) являются дуги а Ь и AB (фиг ° 7), опирающиеся на особые точки Рр, и Ð . Вписанный угол аЪ равен 120, а дуги АВ— о

60 — у . Область выполнения неравенств расположена вне контура, охваченного дугами a b и АВ (показано штриховкой). Граничными линиями второго из неравенств (8) являются дуги col и АС (фиг. 7), опирающиеся на особые точки PA и Рс Вписанный угол дуги са равен 120о, а дуги

АС- 60о + )" . Область выполнения

) неравенства расположена внутри контура, образованного дугами СА и

AC. Оба неравенства (8) одновременно выполняются в области 1, ограничечной дугами АС, са и. aÚ.

Аналогично строятся граничные линии неравенств (9) и (10) . Оба неравенства (9) одновременно выполняются в области 11, ограниченной дугами ВА и О b u bC причем положение дуги ВА определяется правой частью первого из неравенств (9) .

Оба неравенства (10) одновременно выполняются в области LIT, ограниченной дугами СВ, са и bc (фиг. 7), причем положение дуги СВ определяется правой частью второго из неравенств (10) °

Область выполнения второго условия является суммой областей 1, и П 1 и ограничена дугами АС, ВА и

СВ, вписанный угол каждой из которых равен 60 +Zt .

При коротком замыкании на землю фазы А или фаз ВС на выходе А изби— рателя 6 (фиг. 1) особой фазы появляется непрерывный сигнал, который поступает на вход элемента И 5, на другой вход которого поступает импульс 24 (фиг. 5в) с выхода блока 4 (фиг. 1) задержки импульса, сформированного из компенсированного фазного напряжения 0с . При этом на вы1 ходе упомянутого элемента И 5 появляются импульсы 24, поступающие на вход элемента ИЛИ 7, на другой вход которого поступают импульсы 21 (фиг. 5б). В результате на выходе

1084922 упомянутого элемента ИЛИ 7,вместо импульсов 21 появляются импульсы

25 (фиг. 5r), длительность которых равна P + 1800. При этом неравенство (7) в первом условии принимает вид

5,--1ао =>. 0, 03= р 5, (м)

10 а неравенства (8), (9) и (10) во втором условии принимают соответственно вид

О-смф(0, 0 f «ЩО -у

Оаог д 0с) 18Оо Р

О- « ОВ1 ОД) i i1аа- у

Осgyg (((ц ) 1 о (13)

В с 3 20

-P-ar((0 М 1 ао

- - re(p, (îð о „ ) ()s)

Граничными линиями неравенства (11) являются две полупрямые СО и

ОС, выходящие из особой точки РС и образующие с прямой С углы соответственно 180 + о и Р (фиг. 8) . При этом область выполнений первого условия ограничена прямыми А, В, СО и

ОС (фиг. 8).

Граничными линиями каждого иэ неравенств (12), (13) и (14), так же как и неравенств (8), (9), (10), являются две дуги, и область выполнения второго условия также ограничена дугами АС, ВА и СВ (фиг. 9). Причем, как следует из сравнения нера40 венств (8 — 10) с неравенствами (1214), положение дуг ВА и СВ не изменяется, а вписанный угол дуги АС уменьшается на величину

Область срабатывания устройства в целом является общей частью областей выполнения первого условия (фиг. 8) и второго условия (фиг.9).

При этом область срабатывания устройства комплексной плоскости сопротивления петли короткого замыкания ограничена дугами АС, ВА, СВ и прямыми А, В, CO и ОС (фиг. 10).

Чувствительность устройства к переходным сопротивлениям определяется положением дуги АС. Изменяя вписанный угол дуги AC путем изменения и Р можно также как и в известном устройстве обеспечить любую требуемую чувствительность.

По сравнению с известным устройством в характеристике предлагаемого устройства появляются граничные линии ВА, СВ и АС, а также изменяется положение граничных линий СО и

ОС. Кроме того, положение граничных ,линий ВА, СВ и АС изменяется одновременно изменением только одного параметра времени задержки Ф . С увеличением1, происходит "сжатие"

) всех трех дуг ВА, СВ и АС и область срабатывания снижается, что особенно важно на линиях большой длины.

При необходимости положение дуги АС, а следовательно, и чувствительность устройства к переходным сопротивлениям можно регулировать изменением величины Р

Все перечисленные факторы действуют в сторону повышения селективности предлагаемого устройства и выгодно отличают его от известных устройств. Так изменение положения прямой А и появление дуги АС повышает селективность устройства при внеш-. них однофазных коротких замыканиях через переходное сопротивление. Если известное устройство может сработать. излишне при внешних коротких замыканиях на расстоянии 2 через пере а ходное сопротивление R< даже при отсутствии нагрузки вследствие того, что конец вектора приведенно1 го переходного сопротивления К и под влиянием неравенства углов полных сопротивлений элементов сети попадает. в область срабатывания изI вестного устройства (вектора 8 д пересекает прямую А), то предлагаемое устройство при правильном выборе величины 3О в описанном случае селективность не теряет, так как конец вектора 11„ не попадает в его область срабатывания (фиг. 10).

Одновременно регулирование граничных линий АС, СВ и ВА и "сжатие" характеристики путем увеличения времени задержки 1 повышает селективность при всех видах короткого замыкания. Но особенно существенно это преимущество на длинных линиях, когда достаточная чувствительность к переходным сопротивлениям обеспечивается за счет увеличения сопротивления уставки.

1084922

Следует отметить, что при "сжатии" и "расширении" характеристики путем изменения 1 не изменяется положение граничных линий С> и ОС, что является еще одним преимуществом предлагаемого устройства, так как регулирование t не приводит к изменению предельных условий селективности.

На фиг. 11 и 12 приведены харак}о теристики предлагаемого устройства в комплексной. плоскости отношения

ЭДС питающих систем в предельном случае, когда место внешнего короткого замыкания неограниченно приб}5 лижается к концу защищаемой зоны.

При внешних коротких замыканиях на землю фазы А предельная область срабатывания устройства ограничена прямой А (фиг. 11). При этом излишнего (неселективного) срабатывания не происходит, если угол 8 между экви- валентным ЭДС находится в интервале

Ял 0 -8 -160 Чл 6 (35) 25 где (ф — угол полного сопротивления защищаемой линии.

При внешних двухфазных коротких замыканиях на землю фаз ВС предельная область срабатывания ограничена ЗО прямыми В и ОС (фиг. 12). При этом предельное условие селективности имеет вид

-240 q» Р 8о-8-00 4.Ц Л+50. (16) 35

Иэ предельных условий селективности (15) и (16) следует, что, выбирая

Чл о>6}H

240 -(У„- Р-б > g где Π— максимальное значение угла

6 в режиме нагрузки, можно исключить излишнее срабатывание устройства при наложении внешнего короткого замыкания на режим нагрузки.

Работа устройства симметрична к виду короткого замыкания, т.е. аналогичным образом устройство будет работать при коротких замыканиях на землю фазы В и фаз СА, фазы С и фаз

АВ.

При двухполупериодном выполнении предлагаемого устройства число блоков 2 — 5, 7 — 1} удвоится.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить и обеспечить высокую селективность при внешних коротких замыканиях на землю в условиях расхождения по фазе эквивалентных ЭДС при сохранении высокой чувствительности к переходным сопротивлениям при однофазных корот ких 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-экономический эффект.

1084922

1084922

1084922

Составитель Л.Корнеева

Редактор О.Бугир Техред А.Кикемезей Корректор А.Зимокосов

Заказ 2030/50 Тираж 614 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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