Устройство для релейной защиты от коротких замыканий линии электропередачи в неполнофазном режиме

 

Устройство относится к электротехнике, а именно к релейной защите и автоматике линий электропередачи, , и позволяет повысить надежность работы комплекса защит и автоматики линий, на которых предусмотрены ОАПВ и длительные неполнофазные режимы. Работа устройства основана на измерении режимных параметров неповрежденных фаз, формировании сигнала, пропорционайьного разности отношений измеренных фазных величин, и сравнении уровня этого сигнала с заданной величиной. При отключении фазы линии информация о неполнофазном режиме поступает на коммутирующий блок, осуществляющий подключение соответствующих фаз линии к датчикам активных мощностей и токов. Реле тока осуществляют сравнение токов фаз и формируют модули фазных токов, датчики актившлс мощностей фаз сравнивают их с уставкой. Релейный блок осуществляет деление модулей фазных токов на соответствующие активные мощности. CyhMaTop релейного блока формирует разность модулей отношения токов фаз к активным мощностям, сравнивающий орган осуществляет их сравнение с уставкой. 3 Ш1. § (Л со СХ) ел 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (11 4 Н 02 Н 7/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ""

К АВТОРСКОМУ(СВИДЕТЕЛЬСВ ВУ

» (21) 4073050/24-07 (22) 11 04.86. (46) 30.03.88. Бюл. Ф 12 (71) Сибирский научно-исследовательский институт энергетики (72) А.А.Калюжный и М.Л.Левинштейн (53) 621.316.925(088.8) (56) Богорад А.М., Назаров Ю.Г. Автоматическое повторное включение в энергосистемах. М.: Энергия, 1969, с.248-275.

Авторское свидетельство СССР

У 744837, кл. Н 02 Н 7/26, Н 02 Н 3/34, 1980.

Авторское свидетельство СССР

Ф 515201, кл. Н 02 Н 3/16, 1976. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ

ОТ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ В НЕПОЛНОФАЗНОМ РЕЖИМЕ (57) Устройство относится к электро технике, а именно к релейной защите и автоматике линий электропередачи, и позволяет повысить надежность работы комплекса защит и автоматики

„„SU„„1385184 А 1 линий, на которых предусмотрены ОАПВ и длительные неполнофазные режимы.

Работа устройства основана на измерении режимных параметров неповрежденных фаз, формировании сигнала, пропорционального разности отношений измеренных фазных величин, и сравнении уровня этого сигнала с заданной величиной. При отключении фазы линии информация о неполнофазном режиме поступает на коммутирующий блок, осуществляющий подключение соответствунзцих фаэ линии к датчикам активных мощностей и токов. Реле тока осуществляют сравнение токов фаз и формируют модули фазных токов, датчики активных мощностей фаэ сравнивают их с уставкой. Релейный блок осуществляет деление модулей фаэных токов на соответствующие активные мощности. С

Сумматор релейного блока формирует разность модулей отношения токов фаз 2 к активным мощностям, сравнивающий орган осуществляет их сравнение с уставкой. 3 ил.

1385184

Изобретение относится к электротехнике, в частности к релейной защите и автоматике линий электропередачи, на которых предусмотрено однофазнае автоматическое повторное включение (ОАПВ1 и длительные (минутные и часовые) неполнофазные режимы.

Цель изобретения - повышение чувствительности защиты ко всем видам коротких замыканий (КЗ) на неотключенных фазах линии электропередачи.

На фиг.l приведена функциональная схема устройства для релейной защиты от КЗ линии электропередачи в непол- 15 нофазном режиме; на фиг.2 — схема релейного блока; на фиг.3 — графики . зависимостей параметра я и юка в фазе В на приемной подстанции от угла электропередачи д . 20

Устройство для защиты линии от

КЗ в неполнофазном режиме содержит включенный в линию 1, отходящую от шин подстанции 2, линейный выключатель 3, трансформаторы 4 тока, транс- 25 форматор 5 напряжения, блок 6 появления неполнофазного режима, выполненный, например, на основе реле положения выключателя, коммутирующие блоки 7 и 8, датчики 9 и )О актив- 30 ной мощности, датчики ll и 12 модулей фазных токов, реле 13 и 14 тока, реле 15 и 16 мощностей, релейный орган 17, элементы И 18-20, элемент

2l ЗАПРЕТ, элементы ИЛИ 22 и 23 и

24 реле времени. Выход логического. элемента И 20 соединен с цепью отключения выключателя 3. . Релейный блок 17 (фиг.2) включает два делителя, инвертор, сумматор, 40 двухполупериодный выпрямитель, орган сравнения — компаратор.

Устройство работает следующим об- разом.

При отключении фазы, например, А 45 линии 1 информация об отключении фазы А выключателя 3 поступает на вход блока 6 выявления неполнофазного режима 6. Блок 6 подает сигнал на вторые входы коммутирующих блоков

7 и 8 и через реле 24 времени на первый вход элемента И 18.

Реле 24 времени имеет уставку по времени, несколько превышающую время каскадного отключения первого однофазного К3. Наличие в устройстве укаэанного реле обеспечивает ввод защиты в действие только после отключения поврежденной фазы с двух сторон. При получении сигнала с выхода блока 6 коммутирующий блок 7 подключается к фазам В и С трансформатора 5 напряжения, а коммутирующий блок 8 подключается к измерительным трансформаторам тока, установленным в фазах В и С линии, Ток Е с первого выхода коммутирующего блока 8 поступает на входы реле 13 тока и датчика ll модулей фаэных токов, а также на первый вход датчика 9 активных мощностей. Ток I с второго выхода коммутирующего блока 8 поступает на входы реле 14 тока и датчика )2 модулей фазных токов, а также на первый вход датчика 10 активных мощностей.

На вторые входы датчиков 9 и 10 активных мощностей поступают напряжения Й 6 и U соответственно с первого и второго выходов коммутирующего блока 7.

Реле 13 и 14 тока осуществляют сравнение величин токов Is u I c c уставкой I „..,.,Датчики 11 и 12 модулей фазных токов формируют модули фазных токов I8 и I, Датчики 9 и 10 активных мощностей формируют сигналы, пропорциональные величине и направлению фазных мощностей, соответственно Ра и P ..Ñ выходов датчиков активных мощностей мощности Р и Р поступают на входы реле 15 и 16 мощности, где осуществляется сравнение их величин с установкой Р <Т, и на вто« рые входы релейного органа 17. На первые входы укаэанного релейного органа поступают модули токов I < и

I с выходов датчиков 11 и 12 модулей фаэных токов соответственно. Делитель релейного органа осуществляет деление модулей фазных токов на отвечающие им активные мощности: I8/Ða и Е /Р,. Сумматор релейного органа формирует разность I /Р— Е /Р,, а сравнивающий орган осуществляет сравнение модуля указанной разности с величиной p, „ .

Параметр р представляет собой модуль разности отношений величин фазных токов к мощностям фаэ. При отключении фазы А линии параметр 3 может быть записан следующим образом.

p, = 1Е,/Р, — I,/Р.l, где Р,P „I<,I — соответственно активные мощности и модули фаэных тоl385t84 ков неотключенных фаз В и С линии.

В неполнофазном режиме при отсутствии замыканий на неотключенных фазах линии отличие от нуля объясняется неравенством мощностей в неповрежденных фазах линии. Указанное неравенство обусловлено индуктивными и емкостными связями неповрежденных

1V3 хф4 + где Б„ — номинальное напряжение

Ион электропередачи; — угол между векторами напряжений отправной и приемной систем; х и x — индуктивные сопротивления само- и взаимоиндукции линии.

Видно, что р в основном определяется сопротивлением взаимоиндукции и ее величина растет с увеличением угла

При возникновении однофазных пов- реждений на неотключенных фазах ВЛ величина р значительно возрастает sa счет увеличения тока в одной из фаз при одновременном снижении мощности в той же фазе. При двухфазных повреждениях (на землю и беэ земли) параметр р также значительно возрастает за счет увеличения тока в обеих фазах

ВЛ и за счет того, что активные мощности в обеих фазах направлены встречно. При этом разность отношений становится их суммой:

Ig Ic р= — — — +

IP aI IPc I

Однако измерение параметра р при малых значениях активных мощностей в фазах линии в неполнофазном нагрузочном режиме является технически трудно реализуемым. Если мощность по фазам ВЛ не передается, то отношение

I

Режим короткого замыкания на неполнофаэной линии от неполнофаэного нагрузочного режиме при малых углах

У можно отличить по величине фазного тока Iy Иэ фиг.3 видно, что при уг50

55 чи, включающей в себя магистральную линию 500 кВ длиной 360 км, работающую фазами В и С при отключенной фазе А.

Угол электропередачи с изменяется от 0 до I12 (предельный угол при качаниях в неполнофазном режиме).

Зависимости р в неполнофаэном нагрузочном режиме (p+„p) от d совпадают для обеих подстанций. рд„ возрастает с увеличением угла d и макс p d акс =От8 о.е.

Принимая уставку для р, равную g„,ð фаз и зависит от угла расхождения между ЭДС энергосистемы. !

Для упрощения схемы электропередачи, включающей в себя работающую двумя фазами линию, которая соединяет две системы шин неизменного напряжения, при неучете емкостной связи между фазами линии можно записать

Stn— ь

1 . д

"фе "фь!-"" -x лах d (20О, фаэный ток в неполнофаэном нагрузочном режиме 1 д„ намного меньше фазного тока при К3 в середине ВЛ ? „

Таким образом, используя I при

20 малых величинах фазных мощностей Р у и р при больших значениях Рф, можно обеспечить чувствительность защиты ко всем видам КЗ при изменении угла о . При отключенной, например, фазе

А линии измеряются мощности фаз Р> и

Рс и сравниваются с уставкой P „„ .

Если Р> Ъ Русти Рс " Рустт то осуществляется сравнение р с p„c,, Если д т а„,т, то на отключенных фазах

30 ВЛ имеется короткое замыкание. В том случае, когда хотя бы одна из фаэных мощностей меньше P ст, производится сравнение токов I < и I с с уставкой

I уст . Если хотя бы в одной фазе

35 I y I „ст, то это также свидетельствует о наличии замыкания на неотключенных фазах.

Выбор величин уставок ст, P pcs и ? „., для предлагаемого устройства

40 поясним с помощью фиг.3, на которой приведены зависимости величины тока в фазе В на приемной подстанции и параметров от угла электропередачи d . Указанные зависимости опре45 делены для конкретной электропереда138 5184

=l,5 p. d „= l .2 о.е., можно отстроиться от значений р в неполнофазном нагрузочном режиме, На фиг,3 приведены зависимости параметра р для отправной и приемной подстанции (p" и :p ) при КЗ в середине ВЛ на фазе, отстающей от отключенной, от угла d . Выбор указанного вида повреждения обусловлен 10 тем, что оно характеризуется небольшим снижением параметра с увеличением угла d по сравнению с другими видами повреждений. Видно, что р „ и и превышают значение р „во всем 15 (I ) диапазоне угла «Р. При этом чувствительность устройства, использующего параметр, к указанному виду К3 обеспечивается при всех возможных углах сг с обеих сторон линии. 20

При угле 8, равном 12 величины фаэных мощностей в неполнофазном нагрузочном режиме достаточно велики для расчетов параметра 1, Например, на приемном конце ВЛ P8k=0,567 PN

Р, =0,0767 Р, где P > — натуральная мощность линии. При этом наибольший ток на приемной подстанции I q ql paКЗ в неполнофазном режиме ф, gtgicc /L я9 0.е p U /0M 9 о ° е

К4

Н К Н К Н K

Н К

0.0766 6 62 1 348

О, 025 5,98 0,9

На- фаза В ча4,821 14,6

4,01

1l 7

13, 28 фаза С к (1,1) к (2) ло

ВЛ

0 0,015 10,3 1,228

14,3

2, 559

36 201 456

1,16 0,13 9,7

I,68

3,8

0,087 0,01 2,19 1,79 7,297 11,2

6,08

Се- фаза В реди фаза С на

ВЛ к (1,1) 3,977

3,414

3,705

О, 083 0,043 2,38 1,54 8,3

17,67 6,91

0,133 0 017 2,77 1,84 10,67 49,8

8,89 к (2) 0,192 0,083 3,11 1,92 3,552 4,18

2,96

3,48

1,26 3,07 9,2

1â 54 3129 7 ° 9

0,0909 0

0,0629 О

Ко- фаза В нец

ВЛ фаза С

7,67

6,83

6,58

7,32

0 093 0 1е68 3,09 8,51

011 0075 1,67 3,16 445 к (I, l) 7,09 к (2) 3,97

3,3l

Вид и место КЗ Р „,„„ /Р„, о,е вен 0,3 1„, где 1 — натуральный ток линии. Указанная величина фазного тока значительно меньше фазных токов, отвечающих режимам К3 на неотключенных фазах. Принимая P „, =Р =0,567 Р, В,4НР обеспечить чувствительность устройства при малых углах « к коротким замыканиям в неполнофазном режиме °

Для исследуемой электропередачи, работающей в неполнофазном режиме с углом d равным 51, произведены расчеты всех видов КЗ на неотключенных фазах магистральной ВЛ 500 кВ, При одинаковых уставках полукомплектов защит на отправной и приемной подстанциях: p, „„„ „ ==1,2 о.е., P „«

О 567 Р/, 1 у„ Ор45 Х(„ определены коэффициенты чувствительности этих полукомплектов. Если мощность хотя бы одной фазы ВЛ была меньше Pq

Рус„ то К<= Р/ Рус.-. Результаты расчетов приведены в таблице.

1385184

Релейный блок 17 может быть выполнен следующим образом.

Он включает в себя два делителя, инвертор, сумматор, двухполупериод- 5 ный выпрямитель, компаратор (фиг.2).

Делители осуществляют деление модуля фаэнаго тока I на соответствующую фаэную мощность Рф, На входы первого делителя поступают сигнал, пропорцио- 1О нальный величине фазного тока I, с блока 11 и сигнал, пропорциональный фазной мощности Р„ с блока 9, причем полярность этого сигнала характери- зует напряжение передачи мощности 15

Р„ . На входы второго делителя с блоков 12 и 10 поступают сигналы, пропорциональные Iz и Р . С выхода второго делителя сигнал, пропорциональный ? /Р, поступает на вход инвер- 20 тора, где преобразуется в сигнал

-I /Ð . С выходов первого делителя и инвертора сигналы, пропорциональные

I,/Р, и -I

Делители могут быть выполнены в виде аналоговых делителей на операционных усилителях (401УД2) и дифференциальном каскаде ° Симметричная 40 структура схемы обеспечивает ее работу в двух квадрантах, что позволяет использовать ее для деления модулей фазных токов на соответствующие фазные мощности, значения которых 45 могут быть как положительными, так и отрицательными в зависимости от направления мощностей в линии. Сумматор, инвертор, двухполупериодный выпрямитель и орган сравнения (компа 50 ратор) также могут быть выполнены на базе операционных усилителей, это известные стандартные схемы.

Работу логической части устройства рассмотрим применительно к четырем режимам работы ВЛ 1.

1. Неполнофазный нагрузочный режим, d (12 . При этом хотя бы одна из фазных мощностей меньше Р„„ .

На выходе элемента И 19, входы которого подключены к выходам реле 15 и 16 мощности, сигнал отсутствует, поэтому отсутствует сигнал на блокирующем входе элемента ЗАПРЕТ 21 и на первом входе элемента И 20, на второй вход которого поступает сигнал с выхода релейного органа 17.

При этом даже в случае неправильной работы релейного органа, обусловленной малыми величинами фазньх мощностей Рь и Р, сигнал на отключение выключателя 3 не выдается. Так как сР412, токи в фазах В и С по величине меньше уставки, поэтому сигналы на выходе элемента ИЛИ 22, элемента

ИЛИ 23 и элемента И 18 отсутствуют и выключатель 3 линии 1 остается включенным двумя фазами.

2. Ненолнофазный нагрузочный режим, l у 12 . В этом режиме величины обеих фазных мощностей превышают

Pу„ . На выходе элемента И 19 появляется сигнал, поступающий на блокирующий вход элемента ЗАПРЕТ и на первый вход элемента И 20.

При этом сигнал, что ток хотя бы в одной из фаз ВЛ превышает I у«, с выхода элемента ИЛИ 22 не поступает на вход элемента ИЛИ 23. В этом режи1Is ме величина — — —.— (3>«, поэтому в сигнал на втором входе элемента И 20, а следовательно, и на его выходе отсутствует. Сигнал на выходе элемента

И 18 также отсутствует, и выключатель 3 линии 1 остается включенным двумя фазами.

3. На неотключенных фазах ВЛ возникает неудаленное К3. При этом величина мощности в одной из фаз меньше

Р „ . Сигналы на первом входе элемен" та И 20 и на блокирующем входе элемента ЗАПРЕТ отсутствуют. При неудаленном К3 ток хотя бы в одной фазе превышает I « . Сигнал об этом с выходов реле 13 и 14 тока поступает через элементы ИЛИ 22 и ЗАПРЕТ 21 на второй вход элемента ИЛИ 23. С выхода элемента ИЛИ 23 сигнал поступает на первый вход элемента И 18, на второй вход которого поступает сигнал с блока 6 выявления неполнофазного режима, через реле 24 времени.

В результате на выходе элемента И !8 появляется логический сигнал и вы1385184

10 ключатель 3 линии 1 отключается тремя фазами.

4, На неотключенных фазах ВЛ возникает К3 при котором величины мощ5 ностей в обеих фазах ВЛ превышают

Р, . На выходе элемента И 19 появляется логический сигнал, поступающий на блокирующий вход, элемента

ЗАПРЕТ и на первый вход элемента 10

И 20, При этом сигнал, что ток хотя бы в одной из фаз ВЛ превышает I qc с выхода элемента ИЛИ 22 не поступает на вход элемента ИЛИ 23. На второй вход элемента И 20 поступает 15 сигнал, что t Iв гв I Pñ 1 1Вчст. Логический сигнал с выхода элемента

И 20 поступает на первый вход элемента ИЛИ 23, с выхода которого сигнал поступает на первый вход элемента И 18. При наличии на втором входе элемента И 18 сигнала с выхода блока 6 выявления неполнофазного режима на выходе элемента И 18 появляется логический сигнал и выключатель 3 линии 1 отключается тремя фазами.

По принципу действия защита не является селективной. Это допустимо при использовании защиты в цикле

0АПВ, когда маловероятны внешние КЗ.

Защита может быть также использована в длительных неполнофазных режимах линий электропередачи, соединяющиХ изолированную нагрузку с шинами стан- 35 ции, так как при этом внешние КЗ также маловероятны.

Эффективность изображения определяется повышением надежности работы комплекса защит и автоматики линий, 40 на которых предусмотрены ОАПВ и длительные неполнофазные режимы.

Формула изобретения

Устройство для релейной защиты от коротких замыканий линии электропередачи в неполнофаэном режиме, содержащее трансформаторы тока, предназначенные для подключения к фазам линии, 50 датчики модулей фазных токов, первый коммутирующий блок, первые входы которого связаны с трансформаторами тока лийии, блок выявления неполнофазйого режима, вход которого предназначен для подключения к контактам реле положения выключателя, выход подключен через реле времени к первому входу первого элемента И, выход которого подключен к цепи отключения трех фаэ выключателя линии, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности защиты ко всем видам коротких замыканий на неотключенных фазах ВЛ, дополнительно введены трансформатор напряжения линии,, второй коммутирующий блок, два датчика активной мощности, два реле тока и мощности, второй и третий элементы И, два элемента ИЛИ, элемент ЗАПРЕТ, релейный блок, при этом трансформатор напряжения предназначен для подключения к фазам линий, вторичные обмотки которого соединены с первыми входами второго коммутирующего блока, вторые входы

,первого и второго коммутирующих блоков подключены к выходу блока выяв" ления неполнофаэного режима, входы первого датчика активной мощности подключены к первым выходам обоих коммутирующих блоков, а выходы второго — к вторым выходам указанных блоков, входы двух реле тока также, как и входы двух датчиков модулей фазных токов, подключены к выходам первого коммутирующего блока, входы .двух реле мощности подключены к выходам двух датчиков активной мощности и входам релейного блока, дру гие входы которого подключены к выходам датчиков модулей фазных токов, к двум входам второго элемента И подключены выходы двух реле мощности, а выход второго элемента И подключен к блокирующему входу элемента 3АПРЕТ и первому входу третьего элемента И, к второму входу которого подключен выход релейного блока, выход третьего элемента И подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, к второму входу которого через элемент ЗАПРЕТ подключен выход второго элемента ИЛИ, входы которого подключены к выходам двух реле тока, Bblxop первого элемента ИЛИ подключен к первому входу первого элемента И.

На откпачение Выключагпет (Риа 1

1 385184 »

Фц Ф»

l 3ь| ъ4 Ф

I 385184

i/i„hei а шип (ae>

f.Â

0.2

Составитель Л.Куликова

Редактор А.0гар, Техред M.Äèäûê Корректор Г.Решетник

Заказ 1416/49 Тираж 650 - Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

Il3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород,ул.Проектная,4