Способ определения поврежденных фаз при несимметричных коротких замыканиях в сетях с заземленной нейтралью

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для определения поврежденных фаз при коротком замыкании. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей. Устройство для реализации способа содержит два трехфазных фильтра прямой 1 и обратной 2 последовательности, первый 3 и второй 4 блоки фильтров аварийной составляющей, блок 5 инверторов, первый 6 и второй 7 блоки элементов сравнения, элементы 8, 9 и 10 памяти, элементы ИЛИ 11, 12, 13, 17 и 20, элемент 19 задержки, элемент НЕ 21, выходные устройства 22 и 23. При возникновении однофазного короткого замыкания в сети на выходах блоков 3 и 4 формируются составляющие аварийного сигнала. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СО1.1ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU,, 1583881

А2 (51)5 G Ol R 31/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (61) 1417094 (21) 4398288/24-21 (22) 28.03.88 (46) 07.08.90. Бюл. 11 29 (71) Всесоюзный государственный проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт энергетических систем и электрических сетей "Энергосетьпроект" (72) В.А. Онучин (53) 621,317 (088,8) (56) Сутон, Сумар. Быстродействующие

/ статические реле сопротивления.

В сб.: Современная релейная защита (СИГРЭ, 1968),М.: Энергия; )970, с. 103-106, Авторское свидетельство СССР

9 1417094, кл. Н 02 H 3/26, 1987.

2 (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВРЕЖДЕННЫХ

ФАЗ ПРИ НЕСИММЕТРИЧНЫХ . КОРОТКИХ

ЗАМЫКАНИЯХ В СЕТЯХ С ЗАЗЕМЛЕННОЙ

НЕЙТРАЛЬЮ (57) Изобретение относится к конг-, рольно-измерительной технике и может быть использовано для определения поврежденных фаз при коротком замыкании. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей. Устройство для реализации способа содержит два трехфазных фильтра прямой 1 и обратной 2 после- довательности, первый 3 и второй 4 блоки фильтров аварийной составляющей, блок 5 инверторов, первый 6 и g второй 7 блоки элементов сравнения, элементы 9 — 10 памяти, элементы ИЛИ

11 — 13,17 и 20, элемент 19 задержки, С элемент НЕ 21, выходные устройства

22 и 23, При возникновении одноАазно- Я го короткого замыкания в сети на выходах блоков 3 и 4 формируются составляющие аварийного сигнала. 1 ил. Ю

1583881Изобретение относится к .контроль|но-измерительной технике и может быть использовано для определения поврежденных фаз при коротких замыканиях и является усовершенствованием способа по,авт.св. 11 - 1417094.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей.

На чертеже представлена функциональная схема устройства, реализующе-, го предлагаемый способ °

Устройство содержит два трехфазных фильтра прямой 1 и обратной 2 последовательности, первый 3 и второй 4 блоки фильтров аварийной составляющей, блок 5 инверторов, первый 6 и второй 7 блоки элементов сравнения, первый 8, второй 9 и третий 10 элементы памяти, первый 11, второй 12 и третий 13 элементы ИЛИ, первый !4 второй 15 и третий 16 элементы И, четвертый элемент ИЛИ

17, четвертый элемент И 18, элемент

19 задержки, пятый элемент ИЛИ 20, 25 элемент НЕ 21, первые 22 и вторые

23 выходы устройства, причем выходы фильтров 1 и 2 подключены к группам . входов соответственно первого З,и второго 4 блоков фильтров аварий- 3О ной составляющей, группа выходов блока 3 соединена с первыми группами входов блоков 6 и 7, группа выходов . блока 4 соединена с второй группой входов блока 6 и через блок 5 с второй группой входов блока 7, выходы которых соединены с первыми выходами 22 устройства, первый, второй и третий выходы блока 6 соединены с информационными входами соответственно 40 первого 8, второго 9 и третьего 10 элементов памяти, входы управления которых соединены с выходом пятого элемента ИЛИ 20, а выходы — с вторыми выходами устройства, выход первого элемента 8 памяти подключен к первым входам первого .11 и третьего 13 элементов ИЛИ, выходы второго элемента 9 памяти соединены с вторым входом первого 11 и первым входом второго 12 элементов ИЛИ, выход третьего элемента 10 памяти соединен с вторЪыи входами второго 12 и третьего 13 элементов.ИЛИ, третьи, четвертые и пятые входы которшх соединены с группой выходов блока 7,, а выходы — с первыми входами соответственно первого 14, второго 15 и третьего 16 элементов И, вторые входы которых соединены с выходами соответственно первого 8, второго 9 и третьего 10 элементов памяти, а выходы подсоединены соответственно к первому, второму и третьему входам четвертого элемента ИЛИ 17 выход которого соединен непосредственно с входом четвертого элемента И 18, и через элемент 19 задержки — с первым входом пятого элемента ИЛИ 20, второй вход которого соединен с вторым входом четвертого элемента И 18, Устройство функционирует следующим образом.

В нормальном режиме работы сети аварийные составляющие прямой и обратной последовательностей на выходах блоков 3 и 4 равны нулю, Элементы сравнения фаз блоков 6 и 7 ввиду их конечной чувствительности не работают и сигналы на всех выходах устройства отсутствуют.

При возникновении однофазного к,з. в сети (например, к.з. фазы A) на выходах блоков 3 и 4 появляются аварийные составляющие, равные где Р .,F ..1 — значения величины F () (и)

11 )1 соответственно в режиме однофазного к.з. и предшествующем нагрузочном режиме, Так как в данном режиме для особой фазы А справедливо (db) . (мЦ (2)

И 2А на соответствующем выходе А блока 6 сравнения и выходе элемента 8 памяти появляется сигнал, указывающий наименование поврежденной фазы. Сигнал с выхоца элемента 8 с контролем срабатывания быстродействующей защиты линии воздействует на отключение поврежденной фазы. По истечении времени t после возникновения к.з. аварийные составляющие на выходах блоков 3 и 4 становятся рави щи нулю и сигнал на выходе А блока 6 исчезает.

В случае, если к.з. происходит на защищаемой линии, после срабатывания защиты формируется сигнал Фиксация пуска ОАПВ", что обеспечивает отсутствие сигнала на входе 1 Сброс эле1583881 (3) (6) . (а ь) (»,»1 (,) )т (7) 40

50

55 ментов 8-10 памяти. В связи с этим

I после исчезновения аварийных составляющих на выходе элемента 8 памяти будет присутствовать сигнал, указываю- . 5 щий наименование поврежденной фазы.

Если к.з. происходит за пределами защищаемой линии, то сигнал "Фиксация пуска ОАПВ" не формируется (защита не срабатывает), что обуславливает сброс сигнала на выходе элемента

8 памяти и возврат устройства в исходное состояние.

При одновременном отключении поврежденной фазы А линии с двух сторон 15 (при к.з. на линии) аварийные составляющие на выходах блоков 3 и 4 определяются в соответствии с выражением

-Р (j = 12) ° (»»Ь) (мр) ), ) » Jt ю э ю (i = А, В, С), " (нр)

1 где У, — значение величины F в непол- 25

/i нофазном-режиме работы линии.

При каскадном отключении поврежденI ной фазы А аварийные составляющие появляются дважды и равны. 30

Р (ФИ Г (р,») (») (4)

ji ji ji i,при одностороннем отключении к.э. и

Р(ab) Р(Pl F (p») (5) 35

Ji 5()) -при отключении. поврежденной фазы с.второго конца. В выражениях (4) и (5) F - значение величины F в (р,») режиме разрыва фазы А и ее одновременным к. з . на з емлю.

Можно показать, что, как при одновременном отключении поврежденной фазы А с двух сторон, так и при каскадном ее отключении, справедливо равенство (2) и устройство будет ука. зывать на повреждение фазы А, что не изменяет его выходных сигналов. Таким образом, при возникновении однофазного к.з. на защищаемой линии и последующих коммутациях поврежденной фазы в цикле ОАПВ на одном из выходов устройства постоянно присутствует сигнал, указывающий наименование повреждающейся фазы.

При к.з. между двумя фазами В и С, а также при к.з. двух фаз В и С на землю аргумент отношения аварийных составляющих прямой и обратной последовательностей для особой фазы А близок к 180 на одном из выходов ВС блока

7 появляется сигнал, указывающий наименование пары поврежденных фаэ.

Данный сигнал с контролем срабатывания защиты линии воздействует на отключение трех фаз линии.

Рассмотрим случай перехода к.э. одной фазы А защищаемой линии в к.з. двух фаз (например, А и В) на землю.

При возникновении к.з. одной фазы

А на землю на соответствующем выходе устройства появляется сигнал, указывающий наименование поврежденной фазы и запоминаемый элементом 8 памяти.

При переходе однофазного к.з, в двухфазное к.з. на землю аварийные составляющие на выходах блоков 3 и 4 определяются выражением где F . . — значение величины F в ре (»»)

jt жиме к. э . двух фаз на землю.

В рассматриваемом режиме отношение аварийных составляющих прямой и о — ратной последовательностей для ф; »ы

А определяется выражением

° (a b)

Рг

F аы т(» р

) Z Ок(22 к + Zок) + a(Z»л + 2Z ск) »к

-а где .Z, Z «сопротивление схем

»x замещения прямой и нулевой последовательностей относительно точки однофаэного к.з.;

Z,„. Z Π— сопротивление схем замещения прямой и нулевой последовательностей относительно точки двухфазного к.s. на землю, а =1 (120 — оператор поворота.

Дпя чисто .реактивной схемы замещения сети и учете только общего переходного сопротивления (R ) в месте

)к.з. (пренебрежении сопротивлением дуги R = О) имеют

2в= R + jx»ê» Zox= Rg+ jx I»

1583881.)х (к Z юк 3R ) )хок (8) получают. (orb)

Ррт +3n+jm) 53n+ (2+m) )+ l a (6n+j (1+2ш)1 (10)

Р тд ) f 3n+j (1+m)) (Зп+) (2+та) j-) (6n+j (!+2m)) У ту

F (аЬ) Z <à. Z0 (a+2)+Z 1 (Е (- аЕ ) (11) выражение (11) примет вид

Подставив (8) в (7) и введя обозначения

Параметр m в (10) определяется отношением сопротивлений нулевой и прямой последовательностей элементов сети (линий, трансформаторов, систем) зависит от положения точки к.з. и в общем случае может меняться в диапа= зоне (0,5, 5,0).

При изменении параметра m в указанном диапазоне и п от нуля (В т =О) 2р до бесконечности (К oo ) значение ат@(Г(" /F (" )в соответствии с (!О) меняется от 60 до 142 . В соответствии с фиг.Ç, на которой изображен указанный диапазон изменения 25

arg(F < /F, )и зоны срабатывания (аЫ (мЬ устройства (принято .с(= 45 и P = — 15 ), переход к.з. фазы А в к. з ° фаз А и В на землю устройство воспринимает как повреждение фаз АВ, В или

ВС.

При переходе к.э. фазы А в к.з. фаз А и С на землю аг@(Р /F т", ) может лежать в диапазоне (-142,-60 ), что воспринимается устройством как повреждение фазы С или фаз СА.

Таким образом, при переходе к.з. фазы А в двухфазное.к.з. (АВ или АС) на землю в общем случае появляется сигнал на одном из выходов В,С, АВ, 4Q

АС или СА устройства. При этом на .. выходе элемента ИЛИ 12 появляется сигнал, который в сочетании с ранее сформированным сигналом на выходе

А устройства приводит к появлению сигнала на выходе элемента И 15.

Это обуславливает формирование на выходе элемента И !8 сигнала на отключение трех фаз линии (сигнал

"Фиксация пуска ОАПВ" сформирован в режиме однофазного к.з на землю) и сброс с небольшой выдержкой време-. ни, определяемой элементом 19 задержки, выходного сигнала элемента 8 памяти (по цепи ИЛИ 17 — элемент 19 задержки — элемент ИЛИ 20).

Рассмотрим режим возникновения к,з. на неотключенной фазе В в неполнофазном режиме (с разрывом фазы А) ш х /х и В /х т, (9) ! цикла ОАПВ. С целью упрощения пренебрегают емко стной проводимостью линии, что позволяет- разрыв фазы А линии в двух точках (по концам линии) рассматривать как разрыв в од- -" ной точке.

Соотношение аварийных составляющих прямой и обратной последовательностей, например, в месте разрыва (место установки устройства), опре" . деляется выражением

Н

Zjn + Е>с„

Е!ст+ Е р

Z>>= Е т !- Z>p (j = 0 1) (12)

Для случая arg(Z 1,) = arg(Z „)

= ar g (Z т >) = arg (Z ) (например, чисто реактивная схема замещения сети) при введении обозначений

Z /Z(=х /х, = j> Е,т„/Е 1„

/x К, (13) ° (аЬ)

Р ануя (2У + 1 + а Р— К (2 + 1) + а (-К) (14) где параметры р и К, как и введенный выше параметр m, определяются соотношением х,/х, элементов сети и в общем случае также могут . меняться в диапазоне (0,5, 5,0).

Поскольку числитель и знаменатель дроби в ()4) являются комплексно сопряженными величинами, можно записать

argPF „ /F 1у,! j= 120 + 2 !1, (15) где bt =arg p(2g +1)+а(р — К)) =

= arg L т 3(р — К)/(Зр + K+2)j, (i6) 158388 Г

10 (17) Формула иэобр етения

Составитель В. Пржебельский

Редактор А. Козориз Техред Л.Сердюкова Корректор Т. Палий

Заказ 2253 Тираж 561 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101

При.принятых значениях параметров р и К угол q в соответствии с (16) меняется в диапазоне -42,5, 24 .

Следовательно, в режиме arg(F „, / (e ь1

/Р „-:. Может в общем случае лежать в (4ЬЪ 2УА 5 диапазоне 35, 168, что воспринимается устройством как повреждение фаз

АВ, В или ВС .

При к.э. фазы С на землю в непол- 0 нофазном режиме работы линии выраже (мЬ1 (аЬ) ние для отношения Р „ /Р „анало-.— гично (12) при взаимйой перестановке в нем коэффициентов а и а, т.е. в

4 этом случае 15 и лежит в диапазоне — 168, -35 . Устройство в этом случае может указывать 20 на повреждение фаз АС, С или ВС, а также фазы А. В последнем случае (выбор фазы А) устройство будет функционировать неправильно. Такое неправильное действие устройства мо- 25 жет иметь место лишь в случае, когда параметр р принимает наименьшее, а параметр К наибольшее значение из указанного диапазона. Но так как в суммарное сопротивление передачи Z.g 30 входит составляющая Z q(j = 01) (выражения 12 и 13) и большие значения х /х, характерные лишь для линий, то случаи сочетания малых значений 9 и больших К, а следовательно, и неправильные действия устройства, практически не могут иметь место °

Поскольку при проведенном выше анализе положение точки разрыва (сле- 40 ва или справа от точки к.з.) выбра--но произвольно и не влияет на значение токов в ветвях схемы замещения, то выражение для отношения аварийных составляющих прямой и обратной 45 последовательностей на втором конце линии будет аналогично (14) с той лишь разницей, что параметр К при этом определяется как К = Zz /Е, Следовательно, диапазоны изменения

arg(F /F )на втором конце линии

< Ь1 ИЬ

14А Я в рассматриваемом случае в общем случае совпадают с указанными.

Таким образом, при возникновении к.э. на неотключенных фазах (В или

С) в неполнофаэном режиме цикла

ОАПВ появляется сигнал на одном из выходов В, С, AB, BC или АС устройства-и, как и в рассмотренном ранее режиме, формируется сигнал на отключение трех фаэ и на сброс (с выдержкой времени) выходного сигнала элемента 8 памяти.

Способ определения поврежденных фаз при несимметричных коротких замыканиях в сетях с заземленной нейтралью по авт.св. N> 1417094, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью . расширения функциональных возможностей, выделяют аварийную составляющую обратной последовательности контролируемой электрической величины и используют ее в качестве первой сравниваемой величины, запоминают номер поврежденной фазы в режиме однофаэного короткого замыкания, фиксируют повреждение неотключенных фаз в цикле однофаэного автоматического. повторного включения и формируют команду на их отключение, если значение угла между аварийными составляющими прямой и обратной последовательностей контролируемой электрической величины для отключенной фазы находится за пределами первого заданного диапазона.