Устройство для определения сопротивления до места однофазного короткого замыкания на землю линии электропередачи

 

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (5)) 4 С 01 R 31/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H A8TOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО.ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4236004/24-21 (22) 24.03.87 (46) 23.10.88. Бюл. Ф 39 (71) Уфимский нефтяной институт (72) В.А.Шабанов, А.-С.С,Саухатас. и Х.Ф.Ахуньянов (53) 621.317.333.4(088.8) (56) Фабрикант В.Л. Дистанционная защита: Учебное пособие для вузов.

М.: Высшая школа, 1978.

Авторское свидетельство СССР

)1 - 1249598, кл . G 01 R 31 /08, 1984 . (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ДО МЕСТА ОДНОФАЗНОГО КОРОТКОГО ЗА1Ъ|П<АНИЯ HA ЗЕМЛЮ ЛИНИИ

ЭЛЕКТРОПЕРF JIA IH

„„SU„„1432428 A 1 (57) Изобретение относится к злеK тротехнике и может использоваться в автоматике и релейной защите энергосистем. Целью изобретения является повышение точности измерения co)lротивления при однофазных коротких замыканиях на землю через переходное сопротивление посредством исключения влияния величины этого сопротивления.

Измерительный преобразователь 1 напряжений линии формирует напряжение, пропорциональные фазным напряжениям линии. Измерительный преобразователь

5 то.ков .ли )ии формирует напряжения, пропорциональные токам в линии, которые умножаются в цнфроаналогсвых сс преобразоватенях 4.1-4.3 на напряже1432428 ння, эквивалентньк цифровому коду, поступлю!цему co o .÷å .ò÷Hêd /, В пора гавых блоках 2. 1-2.3 происходит сравннние напряжений с цифроаналогавьгх преобразователей 4.1-4.3 с напряжениями измерительного преобразователя 1 напряжений. В результате в регистре 8 памяти происходит запоминание цифрового кода с выхода счетчи1 ка 7, соответствующего моменту срабатывания пороговых блоков 2,,1-2.6.

) Изобретение относится к электротехнике, более конкретно к автомати1 кЬ и релейной защите энергсп-.истем. !

Цель изобретения — повышение точи с ти измерения -.îïð отивл ения при одн фазных коротких замыканиях на земл. через переходное сопротивление и тем исключения влияния величин этога сопротивления, 10

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства," на фиг.2 — семейства характеригтик устройства в комплексной плсскасти сопротивления.

Устройство содержит измерительный

15 преобразователь 1 напряжения линии, пЕрвый, второй и третий выходы которого непосредственно подключены к первым входам первого, второго и третьего пороговых блоков 2.1-2.3 соотв тственно, а к первым входам четвер20

-Ьга, пятагo и шестого пороговых бло-ков 2. 4-2. 6 — через соответствующие делители 3, 1--3.3, вторые входы первого второго и третьего пороговых бло9

2= кав 2.1-2.3 подключены к выходам первого, второго и третьего цифроаналоговых преобразователей 4.1-4.3 соответственна,. а вторые входы четвертога, пятого и шестого пороговых блоков подключены -оответственно к первому, второму и третьему выходам измерительного преобразователя 5 токов, четвертый выход которого через формирователь 6 импульсов подключен к входу установки в "0" счетчика 7, а первый, второй и третий выходы подключены к входам опорных напряжений первого, зтарага и третьего цифроаналоговых преобразователей 4. I-4.3 соВведение в устройство делителей

3.1-3.3, пороговых блоков 2.4-2.6, избирателя 13 особой фазы позволяет сравнивать напряжения с выхода измерительного преобразователя 5 тока с частью выходных напряжений измерительного преобразователя напряжений

1, чта дает возможность уменьшить влияние переходного сопротивления в точке замыкания на результат измерений,2 ил . ответственно, выходы счетчика 7 подключены к цифровым входам цифроаналоговых преобразователей 4.1-4.3, а также к входу регистра 8 памяти, к выходу которого подключены последовательно соединенные дешифратор 9 и блок 10 индикации.

К тактовому входу регистра 8 памяти подключен выход логического элемента ИЛИ 11, входы которого подключены к выходам соответственно первого, второго и третьего логических элементов И 12.1 — 12.3. Первые входы первого, второго и третьего логических элементов И 12.1-12.3 подключены соответственно к выходам первого, второго и третьего пороговых блоков

2.1-2.3, вторые входы второго и третьего логических элементов И 12.2 и

12.3 подключены к выходу четвертого порогового блока 2 ° 4, второй вход первого и третий вход третьего элементов И 12.1 и 12.3 падкпючены к выходу пятого порогового блока 2,5, третьи входы первого и второго элементов И 12.1 и 12.3 подключены к выходу шестого порогового блока 2,6.

Четвертые входы элементов И 12.1-12.3 подключены соответственно к первому, второму и третьему выходам избирателя 13 особой фазы. Вход "Сброс" регистра 8 памяти подключен к выходу пускового блока 14 который подключен также к управляющему входу ключа

15. Вход ключа 15 подключен к выходу генератора 16 тактовых импульсов, а выход ключа 15 подключен к входу счетчика 7. з 14ЗгЗ синхроблока 2, а на информационный— сигнал Б . Ha первом выходе регистра 16 получается сдвинутый на Т/2 относительно U< сигнал Us ïî фронту и спаду которого на формирователе 17 формируются короткие импульсы U, а затем задерживаются на элементе 20 задержки (11 ). Последовательность импульсов U поступает на установочный 10 вход счетчика 23. Сигналы с второго выхода счетчика 23 (U,) и формирователя 17 (11, ) поступают на входы элемента И 12, на выходе которого получается последовательность импульсов 15

U,. Эта последовательность сформирова( на по концам интервалов длительностью

1,5 Т, за исключением первого импульса этой последовательности сигнала U .

Сигнал на втором выходе регистра 16 20 сдвига (U<> ) сдвинут на величину Т относительно сигнала U< .По фронту и спаду сигнала U формирователем 18 формируется последовательность импульсов U 1, которая задерживается элемен- 25 том 21 задержки (U(g ). Эта последовательность поступает на установочный вход счетчика 24. Сигнал с второго инверсного (U< ) и третьего (U<> ) выходов счетчика 24, а также последова- 30 тельность U<4 поступают на входы элемента И 13, на выходе которого получается последовательность импульсов U+.

Эта последовательность, эа исключением первого импульса, представляет собой последовательность импульсов, сформированных по концам интервалов длительностью 1Т сигнала U,>.Сигнал с четвертого выхода регистра 16 (U<< ) сдвинут на величину 2Т относительно 40 сигнала U<. По фронту и спаду сигнала с помощью формирователя 19 формируется последовательность импульсов U< которая задерживается элементом 22 (U ) задержки. Последовательность 4В

U< поступает на установочный вход счетчика 25.

На фиг.3 представлены сигналы на выходах сче тчих а 25: на втором U на втором инверсном U >,на третьем О и на четвертом Uz<. Сигнал U с второго выхода счетчика 25 и последовательность импульсов Uzq с выхода формирователя l9 поступают на входы элемента И 26, на выходе которого получается последовательность U . Сигналы с второго инверсного (U ) и третьего (1; 4 ) выходов счетчика 25 и

28 последовательности импульсов формирователя 12 (U ) поступают на входы элемента И 27, на выходе которого получается последовательность U, Сигнал с четвертого выхода счетчика 25 (U ) и последовательность импульсов с с формирователя 19 (U% ) поступают на входы элемента И 28, на выходе которого получается последовательность U H .

Таким образом, на выходе элемен" тов И 26-28 получаются соответственно: последовательности импульсов, сформированных по концам интервалов сигналов U длительностью 1,5Т; 1Т и 2Т, за исключением первого импульса последовательности, сформированной по концам интервалов длительностью 2Т. Все шесть последовательностей импульсов с элементов И 11-13 и 26-28 (U7,Uщ, фи .2 H U<<, U<>, U<<, фи .3) объединяются попарно и группируются в зависимости от величины задержки на элементах 2-2И-2ИЛИ вЂ” НЕ 30 и 31, 2-2-2И-3HJIH-HE 32, И-НЕ 33 и 34 на пять групп. Появление импульсов на каком-либо из пяти перечисленных элементов в общем случае означает, что интервал длительностью в сигнале следует за интервалом длительностью j (i может быть равно j).

На выходе элемента 2-2И-2ИЛИ-НЕ 30 импульсы появляются в том случае, ес ли в сигнале U есть интервалы длительностью 2Т, следующие за интервалами 1,5Т (Б ) или интервалы длительностью 1,5Т следующие за интервалами длительностью 1Т (Бз ).,На выходе элемента 2-2И-2ИЛИ-НЕ 31 импульсы появляются, если интервалы длительностью 1Т следуют за интервалами длительностью 1,5T (U „,) или интервал длительностью 1,5Т следует за интервалами длительностью 2Т (U> ). На выходе элемента 2-2-2И-ЗИЛИ-НЕ 32 импульсы появляются в случае, если два интервала длительностью 1Т (в данном случае таких интервалов нет) или

1,5T (U ) или 2Т (в данном случае таких интервалов нет). На выходе с элемента И-НЕ 33 появляются импульсы, если интервалы длительностью 1Т сле" . дуют за интервалами длительностью

2Т (в данном случае таких интервалов нет), На выходе элемента И-НЕ 34 импульсы появляются,, если интервалы длительностью 2Т следуют за интервалами длительностью 1Т (U3 ). Импульсы

14323

П и U> задерживаются н блоке задержек на величину gt, (U > ), импульсы 11 " на величину А (0 ), импульсы U u U — на величину 6 „(0 ), импульсы с элемента И-НЕ 33 — на величину р t 4 (в данном случае отсутст вуют), а импульсы с элемента И-НЕ 34

; проходят на элемент И 29 беэ задерж ки. Таким образом, на выходе элеиен- 10 ,та И 29 получается последователь ность импульсов U а на выходе счет ного триггера 14 — сигнал 0 з котоУ рый поступает на вход блока 15, записи. !

Нулевой величине задержки соответ- 15

1 ствует последовательность с длитель,ностями 2Т-1Т (интервал длительностью

1Т следует за интервалом длительно,стью 2Т), т.е. максимальному уменьше нию интервала длительностью 1Т. В 20 случае интервалов с одинаковой длительностью, следующих друг за другом, задержка имеет среднюю величину. Мак симальной по величине задержке соот1 етствует последовательность с дли- 25 ельностями 1Т-2Т (интервал длительостью 2Т следует за интервалом длиель но с тью 1 Т), т, е, максимальному увеличению интервала длительностью

2Т. Для удобства рассиотрения форми- ЗО ования величин предыскажений считат, что для интервалов, длительность оторых остается без изменения (одинаковые по длительности, следующие под, ряд), величина задержки равна нулю,,интервалы, длительность которых должна быть уменьшена, имеют отрицательную величину задержки (соответствует сдвигу перепада сигнала записи влево),,а интервалы, длительность которых 40 должна быть увеличена, будут иметь ! ,положительную величину задержки (со, ответствует сдвигу перепада сигнала

:записи вправо) .

Таким образом, вводятся четыре 45 величины предыскажений: минус Ь с, минус Ь3,, hc, и Ь < (he@ по моду лю больше 6c, ). Алгоритмы формирования предыскажений в виде временных сигналов перепадов сигнала записи от- 50 носительно их номинальных положений в сигнале указан в таблице.

Сигнал записи, сформированный в соответствии с данныи алгоритмом, показан на временной диаграмме U4>, 55

Блок задержки работает следующим образом.

После включения питания на выходах элементов И-НЕ 37-40, на входах RS28 6 триггеров 51-54 устанавливается уровень логической единицы, на выходах триггеров — уровень логического нуля, Импульсы с генератора 41 начинают поступать на счетный вход счетчика 42, В процессе записи информации с элементов 30-33 на входы блока задержек начинают поступать короткие импульсы, каждый из которых устанавливает один из триггеров в состояние логической единици и любой из них обнуляет счетчик 42. Работа блока задержек анализирована на примере формирования одной иэ задержек, формирования остальных происходят аналогично, Если короткий импульс пришел с выхода элемента 30, т.е. в сигнале U<, интервал длительностью 2Т следует за интервалом длительностью 1,5Т или интервал длительностью 1,5Т следует за интервалом дли-тельностью 1Т. Этот импульс поступает на входы элемента И-HE и инвертора 43, По срезу этого импульса обнуляется счетчик 42 и с некоторой задержки триггер 51 устанавливается в состояние логической единицы.

Инверторы 43 и 44 выполняют функцию элемента задержки, так как при их GT сутствии триггер 51 устанавливается в состояние логической единицы раньше, чем обнулится счетчик 42, что может привести к появлению ложных импульсов на выходе элемента И-НЕ 37. После обнуления счетчика 42 и установки триггера 51 в состояние логической единицы через время gt определяемое временным набором на втором входе элемента И-НЕ 37 (условно показан один вход), на его выходе появится импульс, который устанавливает триггер 51 в состояние логического нуля.

Этот же импульс через элемент И 29 поступает на вход счетного триггера 14. Таким образом происходит задержка перепада сигнала записи относительно его номинального положения в сигнале U<

Формула изобретения

Устройство для цифровой магнитной записи, содержащее синхроблок и последовательно. соединенные модулятор, формирователь, первый элемент задержки и первый четырехразрядный двоичный счетчик, счетный вход которого соединен с выходом задержанных импульсов удвоенной тактовой частоты синх1432428 (15) Zz= nZ, UP ) йЛЗ 1, UB ) NUIT 99

"с ) NUтс (10) U A — пБдд

0 (arg — — ——

- I о

П Ь NUI8.

0 (arg — — — — —;.Io

U с — NU>c

0 (arg — — - —--I о

Zp U (Тр+ КТо

Z p Z тивления при коротком замыкании на землю фазы А (фиг.-2).

В соответствии с указанным процессом функционирования цифроаналоговые преобразователи 4 умножают напряжения "i UI в» Utc, пропорциональные токам фаз линии, на изменяющееся содержание счетчика 7. Допу-. стим, что на счетчик поступает и-й импульс. Тогда условия (4), (8) и (9), выполнение которых необходимо для срабатывания устройства при коротком замыкании на землю фазы А, можно соответственно записать в виде

Учитывая, что выполнение условий (10) проверяется лишь в момент наличия короткого импульса на выходе формирователя 6 импульсов, т.е. лишь при переходе тока 1„ через "0" от положительных значений к отрицательным, условия (10) можно представить в виде

Подставляя в (11) вместо П

U 8 U |с их значения из (1), получают соответственно

0 (аг Я . (д е (12) О

0 (arg

ИВ - NZ(Т8 + КТ ) (I; (13) о

Ц с — NZ(I c + К? о) 0 (arg (71 . (14) -То

В комплексной плоскости сопротивления граничной линией каждого иэ неравенств (12)-(14) являются прямые линии А, В и С соответственно (без учета влияния токов нагрузки или качаний), которые показаны на фиг.2.

Граничная линия A„ Håðàâåíñòâà (12) проходит горизонтально через точку

10 в которой обращается в нуль числитель выражения (12) под знаком аргумента.

При изменяющемся числе тактовых импульсов и точка Z перемещается вдоль защищаемой линии (по линии

nZ на фиг.2, где Z> = Z npu n = 1;

Z> = 2Z при п 2; Z> = mZ при п=гп).

При этом граничная линия А также перемещается, охватывая все большую часть индуктивного сопротивления защищаемдй линии.

Положение граничной линии В неравенства (13) и граничной линии С неравенства (14) в соответствии с

25 (13) и (14) не зависит от содержимого и счетчика 7. Эти линии проходят через фиксированные точки, соответственно Z 8 и Z, в которых обращаются в нуль числители в выражениях под

30 знаком аргумента неравенства (13) и (14).соответственно. При изменении коэффициента N делителей 3 точки 7.о и Z < .перемещаются по прямым NZ 8 и

NZ с соответственно (фиг.2).

Область срабатывания устройства, т.е. область, соответствующая одновременному выполнению всех трех неравенств (12)-(14), расположена внутри треугольника образованными пере40 мещающейся прямой А и фиксированными прямыми В и С. Устройство срабатывает, если при коротком замыкании на землю фазы А сопротивление соответствующее сопротивлению петли короткого замыкания, оказывается в области срабатывания. я0 При металлических коротких замы- каниях где Z, — сопротивление линии электропередачи прямой посл едовател ьности до места короткого замыкания, а при замыканиях через переходное со противление R u

1с 32«28

1 где К вЂ” приведенное переходное сап прЬтивление, равное переходному со5 прЬтивлению R, умноженному на отношение така в переходном сопротивлеиии к току в месте установки защиты;.

j Ha фиг.2 утолщенной линией показаны векторы сопротивлений Е 1, R > и 1ачка Z соответствующая концу ве тора Z + К . я

При равенстве полных углов сопр тивлений нулевой последовательно ти элементов электропередачи справа и слева от точки повреждения некто R . располагается в комплексной пл скости сопротивления параллельно ,гр ничнай линии А (фиг.2), 7Q

При первых тактовых импульсах„ поступающих на входы счетчика 7 с выхода генератора 16 тактовых импульса, точка располагается вне области ср батывания, устройства (вне тре- 25 уг ьника со сторонами А „В и С при и 1; А ВС при n = 2 на фиг.2 и т. .). Па мере поступления очереднь тактовых импульсов, т,е. ростом и, характеристика устройства расширя тся вследствие роста значения Z

B аатветствии с (15) и перемещения вверх граничной линии A., При некотором и = m будет выполнейа

35 (16) При этом граничная линия А проходи через конец вектора Z и область лО срабатывания, охватывает точку Z есЬи граничная линия С располагается правее точки Z, как эта показано . на фиг.2. При этом выполняются все три неравенства (12)-(14), срабатыва- 45 ют соответствующие пороговые блоки 2, на входе первого логического элемента И 12 появляются соответственно сигналы U<, U< и U, а на выходе логического элемента ИЛИ 11 — сигнал

"Лаг."1". Эта приводит к запоминанию в регистре 8 памяти содержимого п=чп. счетчика 7, пропорционального значению сопротивления (расстояния) до места короткого замыкания. При известном содержимом п=ш счетчика 7 и Регистра 8 памяти при срабатыванин устройства сопротивление 2 1К до места короткого замыкания можно определить, приравняв правые части выражений (15) и (16), откуда при и=-тп получают

1К

Таким образам, если при коротком замыкании на землю фазы А через переходное сопротивление граничная линия С проходит правее точки Z, то условие срабатывания устройства определяется только перемещением (расположением) граничной линии А и сопротивление Z q до места короткого замыкания может быть определено па содержимому т счетчика 7 в соответствии с выражением (17). Положение граничной ликии С в предлагаемом устройстве определяется коэффициентом N делителей 3 (фиг.1), так как при изменении коэффициента N, т.е. при изменении произведения NZ в выражении (14), изменяется положение особой точки

Z, которая при изменении N перемещается по прямой NZ< (фиг.2). При этом коэффициент N делителей 3, а следовательно, и положение особой точки

Z можно выбрать так, чта граничная линия С при любых реальных значениях переходных сопротивлений будет располагаться правее точки Z p (фиг.2) и не будет влиять на условия срабатывания.

Таким образом, в предлагаемом устройстве точность определения сопротивления да места короткого замыка1 ния по (17) не зависит от величины переходного сопротивления, реальное предельное значение которого учтено с помощью коэффициента N.

В известном устройстве в отличие от предлагаемого ат содержимого счетчика, т.е. от числа импульсов и, поступающих ат тактового генератора импульсов, зависит положение не только граничной линии А, на и наложение граничных линий В и С. Причем при малых значениях и область срабатывания мала и охватывает небольшие значения активных сопротивлений (характеристики при и = 1 и п = 2).

При изменяющемся содержимом счетчика все три граничные линии А, В и С перемещаются, характеристика устройства расширяется, охватывая все большую площадь. При некотором значении и = m граничная линия А, так же как и в предлагаемом устройстве, 1432328

1432328

1432428

Фиг. 2

Составитель В.Радзевич

Корректор В.Романенко

Редактор А.Козориз

Заказ 5420/37 Тираж 772 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, ная 4