Способ дистанционной защиты линии электропередачи

Изобретение относится к релейной защите и автоматике электрических систем. Применяют группы основных и дополнительных реле сопротивления, установленных в начале и в конце зоны защиты линии электропередачи. Места установки защиты являются предполагаемыми местами замыканий линии. На входы основных и дополнительных реле сопротивления подаются аварийные составляющие токов и суммы аварийных и предшествующих составляющих напряжений для одного и того же места предполагаемого места повреждения, которые принимаются в качестве токов и напряжений предполагаемых замыканий. Все группы реле сопротивления, установленные в начале или в конце зоны защиты (или произвольное количество групп в любой точке указанной зоны) и состоящие из трех однофазных и трех междуфазных реле сопротивления, составляют отдельные группы исполнительных реле для каждого вида замыкания, куда входят соответствующие группы реле начала и конца зоны защиты. Технический результат - повышение чувствительности дистанционной защиты линии электропередачи. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике и электроэнергетике, а именно к релейной защите линий электропередачи, основанной на дистанционном принципе.

Релейная защита использует разнообразную информацию о линии электропередачи. Входные величины доставляют текущую информацию о состоянии линии как в данный момент, так и в предшествующем режиме. Кроме того, имеется априорная информация о структуре и параметрах, на основании чего может быть построена модель защищаемой линии.

Существующие способы релейной защиты не обладают способностью полного использования всей имеющейся информации о защищаемом объекте. Более того, подобная задача ранее не ставилась. Тем не менее, существует класс трехфазных (многофазных) реле, в которых объединяются три напряжения и три тока, измеряемых на одной стороне линии [1]. Но эти реле не решают задачу оптимального использования информации и не в состоянии воспринимать дополнительную информацию, например, о предшествующем режиме.

Позднее были предложены способы дистанционной защиты, свободные от данного недостатка [3, 4]. Они основаны на использовании модели электропередачи. Модель в свою очередь составляется на основе априорной информации о защищаемой линии. Измеряемые токи и напряжения преобразуют с помощью построенной заранее модели линии в токи и напряжения замыканий, предполагаемых в некоторых фиксированных, заранее заданных местах линии. Преобразованные величины каждого предполагаемого места замыкания подают на соответствующие реле сопротивления.

Данный способ эффективен в том, что касается объединения информации, но недостаточно эффективен в ее использовании. Дело в том, что реле сопротивления, включаемые каждое на преобразованные ток и напряжение, соответствующие одному из мест предполагаемых замыканий, действуют независимо друг от друга и каждое обладает единственной характеристикой срабатывания. Подобрать характеристики так, чтобы чувствительность защиты поднялась до уровня распознаваемости коротких замыканий, невозможно [5].

Цель изобретения заключается в повышении чувствительности дистанционной защиты. Она достигается дублированием и специальным включением реле сопротивления. К основным реле, присутствующим в прототипе, подключают аналогичные им дополнительные реле, и место отдельных реле занимают группы аналогичных реле. Каждая из таких групп включается на одни и те же величины, т.е. никакого внешнего отличия между реле одной и той же группы не имеется. Отличие сводится только к характеристикам срабатывания. Кроме групп аналогичных реле составляют еще группы исполнительных реле. В состав одной группы исполнительных реле может входить только одно из аналогичных реле. Выходные сигналы всех реле одной и той же исполнительной группы объединяют логической операцией И, а выходы разных исполнительных групп создают по схеме ИЛИ выходной сигнал дистанционной защиты.

В дополнительных пунктах формулы изобретения оговариваются следующие детали. Предлагается выбирать два фиксированных места предполагаемых повреждений линии: первое - в начале, а второе - в конце защищаемой зоны. Имеется в виду, что замыкание предполагается один раз - в начале зоны, а второй раз - в конце.

Кроме того, предлагается раздельное преобразование предшествующих и аварийных составляющих измеряемых токов и напряжений в соответствующие составляющие токов и напряжений в предполагаемых местах повреждения, причем принимают аварийные составляющие токов в качестве токов предполагаемых замыканий, а в качестве напряжений предполагаемых замыканий принимают суммы составляющих.

Наконец, конкретизируется подход к составлению групп аналогичных реле. Каждому месту предполагаемого замыкания ставится в соответствие по шесть групп аналогичных реле сопротивления, из них три фазных и три междуфазных. Составляя затем группы исполнительных реле, предназначают для каждого вида замыкания свою группу. В группу исполнительных реле защиты от однофазного замыкания вводят представителей соответствующих групп аналогичных реле фазных каналов начала и конца зоны, в группу защиты от междуфазного замыкания вводят представителей групп аналогичных реле данного междуфазного канала. Остается защита от двухфазного замыкания на землю, где задействуются реле сразу трех поврежденных каналов - двух фазных и одного междуфазного.

На фиг.1 показано произвольное место предполагаемого замыкания в линии электропередачи, на фиг.2 представлен преобразователь измеряемых величин в величины предполагаемого замыкания, на фиг.3 показаны два места предполагаемых замыканий электропередачи, принятых в предлагаемом способе, на фиг.4 представлена структурная схема преобразования измеряемых величин и их подачи на реле сопротивления, на фиг.3 - простейший пример реализации предлагаемого способа для защиты линии от однофазных или междуфазных замыканий, на фиг.6 - модификация способа для защиты от двухфазного замыкания на землю и на фиг.7 - характеристики двух групп аналогичных реле сопротивления.

В предлагаемом способе алгоритм преобразования измеряемых токов напряжений задается моделью 1 линии электропередачи. В результате формируются токи (x) и напряжения (x) места предполагаемого замыкания. Тем самым совершается переход от места наблюдения 2, где x=0, в место предполагаемого замыкания 3, из которого отходят поперечные ветви предполагаемого замыкания 4. Преобразованные величины (x), (x) подают на реле сопротивления 5, которым таким образом отводится место в начале ветвей предполагаемого замыкания. Модель электропередачи выполняет при этом роль преобразователя 6.

Мест предполагаемого замыкания может быть любое число. В данном случае предлагается ограничиться двумя: местом 2 в начале зоны и местом 7 в конце зоны. Соответственно, будут различаться реле сопротивления 8 и 9 начальных и конечных ветвей предполагаемых повреждений 10 и 11. Реле 8 и 9 реагируют на величины (0) и (l).

Каждому месту предполагаемого замыкания в трехфазной электропередаче ставится в соответствие по шесть реле сопротивления 12-17. Фазные реле 12-14 реагируют на величины

а реле 15-17 линейных каналов - на величины

Формирователь линейных токов показан в виде соединенных в треугольник трансформаторов тока 18.

Согласно предлагаемому способу каждое реле сопротивления дублируют аналогичными ему реле, отличающимися только своими характеристиками. На фиг.5 группы аналогичных реле 19, 20 показаны состоящими каждая из трех реле сопротивления. Группа аналогичных реле 21-23 реагирует на сопротивление (0) замыкания, предполагаемого в начале линии, а группа аналогичных реле 24-26 - на сопротивление (l) замыкания, предполагаемого в конце линии.

Из представителей групп аналогичных реле формируют группы исполнительных реле. Поскольку на фиг.5 показаны только две группы аналогичных реле, то и в каждой группе исполнительных реле может быть только два реле сопротивления. Всего на фиг.5 показаны три таких группы 27-29, хотя общее число исполнительных групп, которое может быть составлено из трехэлементных групп аналогичных реле, равно девяти. Выходы всех реле одной и той же исполнительной группы соединены по схемам И 30-32, а выходы всех групп - по схеме ИЛИ 33.

Число групп аналогичных реле, равно как и число исполнительных групп, не лимитируется. Так, в реализации способа по фиг.6, предназначенной для защиты от двухфазных замыканий на землю, предусмотрено шесть групп 34-39 аналогичных реле, из которых собрано, как и на фиг.5, три группы исполнительных реле. Но если на фиг.5 они были двухэлементными, то на фиг.6 каждая такая группа состоит из шести реле. Выходной сигнал защиты формируется шестивходовыми схемами И 40-42 и оконечной схемой ИЛИ 43.

Группы аналогичных реле функционально подключены к выбранным поперечным ветвям предполагаемых повреждений; число таких групп определяется числом указанных ветвей и потому относительно невелико. Число реле в группе ничем не ограничено и определяется компромиссом между желанием повысить чувствительность защиты и необходимостью не слишком усложнять ее структуру.

Каждому из реле сопротивления, входящему в состав той или иной группы аналогичных реле, задается на его комплексной плоскости характеристика срабатывания. Например, для структуры на фиг.5, где задействованы две группы, каждая из трех реле, рассматриваются две комплексные плоскости и на каждой из них по три области срабатывания (фиг.7). Для упрощения всем реле, реагирующим на сопротивление (0), а также и их характеристикам присвоен символ “а”, а всему, что связано с (l), - символ “b”. Реле 21, 22, 23 и их характеристики обозначаются соответственно как а1, а2, а3, а реле 24, 25, 26 - как b1, b2, b3. Форму и размеры областей срабатывания задают на основании имеющегося опыта или в ходе испытаний защиты на имитационной модели электропередачи. Помимо областей срабатывания на стадии настройки защиты составляют еще и группы исполнительных реле. В примере по фиг.5 возможно девять сочетаний из двух реле, принадлежащих разным трехэлементным группам - 19-20. Сочетания могут быть обозначены кодами:

1) a1-b1, 2) a1-b2, 3) a1-b3, 4) a2-b1, 5) a1-b1, 6) a2-b3, 7) a3-b1, 8)a3-b2, 9)a3-b3.

В классификации сочетаний будем исходить из условий, при которых срабатывают все реле, входящие в данное конкретное сочетание. Тогда обнаружатся четыре типа. Первый - тот, все реле которого срабатывают при замыкании в защищаемой зоне. Второй срабатывает только в альтернативных режимах, например, при замыканиях вне зоны. Третий вообще не срабатывает ни в каких режимах. Наконец, четвертый тип обнаруживает черты, как первого, так и второго типа, т.е. срабатывает как при замыканиях в зоне, так и в альтернативных режимах. Допустим, характеристики реле, приведенные на фиг.7, подобраны таким образом, что к первому типу относятся только три сочетания, а именно: 1) a1-b1, 5) a2-b2, 9) a3-b3. Остальные шесть принадлежат другим типам и поэтому далее не рассматриваются. Группы исполнительных реле составляют только из сочетаний первого типа. В данном случае первая исполнительная группа 27 построена по сочетанию а1-b1, вторая 28 - по а2-b2, третья 29 - по а3-b3.

В примере по фиг.6, где шесть групп, каждая из трех аналогичных реле, на шести комплексных плоскостях задают по три области срабатывания. В исполнительную группу включают только такие сочетания из шести реле, представляющих каждую группу аналогичных реле 34-39, которые срабатывают все без исключения только в защищаемой зоне.

Предлагаемый способ допускает односистемную реализацию дистанционной защиты. Универсальная структура содержит по шесть групп аналогичных реле на каждое из двух указанных выше мест предполагаемого замыкания, но в таком случае исполнительных реле будет по двенадцать на каждую группу. Более проста многосистемная реализация, состоящая из двух частей по фиг.5 и 6. Предполагается, что дистанционная защита такого типа располагает фазовым селектором, распознающим поврежденные фазы, а модули по фиг.5 и 6 решают только свою собственную задачу распознавания замыкания в защищаемой зоне. При необходимости этим же модулям может быть передана функция фазовой селекции, для чего достаточно учесть замыкания чужих видов в качестве альтернативных режимов при обучении каждого отдельно взятого модуля.

Таким образом, рассматриваемая реализация дистанционной защиты содержит в общей сложности десять модулей по числу возможных видов замыканий с разными особыми фазами: симметричное трехфазное замыкание К⁽³⁾, однофазные замыкания, , , , междуфазные , , , и двухфазные на землю , , . Реле сопротивления, входящие в состав каждого из указанных модулей, обладают собственными характеристиками срабатывания, которые учитывают среди прочего еще и реальную несимметрию линии.

Дистанционная защита, основанная на предлагаемом способе, действует следующим образом. В нормальном режиме либо при замыканиях за пределами защищаемой зоны ни одна из исполнительных групп реле сопротивления, в какой бы из десяти отмеченных модулей она ни входила, не сработает. Разумеется, часть реле в составе исполнительной группы может сработать и в этих режимах, но все вместе - никогда. Следовательно, в перечисленных режимах, альтернативных контролируемому, невозможно срабатывание ни одной из схем И 30-32, 40-42. Ложная работа защиты в режимах, учитывавшихся при ее обучении, невозможна.

Теперь предположим, что замыкание произошло в контролируемой зоне. Чтобы определить поведение защиты, важно выяснить, к какому из четырех описанных выше сочетаний областей срабатывания реле относится данный аварийный режим, иначе говоря, как этот режим или близкий к нему проявил себя при обучении защиты, и была ли для него сформирована исполнительная группа реле. Могло статься, что срабатывающие в данном режиме реле на стадии обучения образовывали сочетание четвертого типа, т.е. они же срабатывали не только в этом, но еще и в каком-то из альтернативных режимов. Как было отмечено выше, сочетания реле такого рода игнорируются, т.е. не переходят в разряд исполнительных групп. Исполнительная группа образуется только в том случае, если соответствующее сочетание представителей разных групп аналогичных реле не сработало ни в одном из альтернативных режимов. Если на стадии обучения дистанционной защиты было принято, что для все прочие девять видов замыканий в любом месте линии относятся к альтернативным режимам, то и при эксплуатации защиты замыкание в контролируемой зоне будет иметь следствием срабатывание всех реле одной из исполнительных групп 27, 28 или 29. Допустим, сработали реле 21, 24 группы 27. Тогда через схемы И 30 и ИЛИ 33 сигнал о замыкании в зоне поступит на выход защиты. Если автономный блок фазового селектора в структуре защиты не предусмотрен, то одновременно с сигналом о замыкании в зоне формируется сигнал о виде замыкания, в данном примере . Все остающиеся девять модулей других замыканий в данном случае не срабатывают. Аналогичным образом дистанционная защита отрабатывает остальные однофазные и междуфазные замыкания. Сложные виды замыканий имеют особенности, учитывающиеся на стадии обучения. Например, для замыкания однофазные замыкания и , равно как и междуфазное , не обязательно рассматривать как альтернативные режимы, если все они происходят в защищаемой зоне. При таком подходе допускается одновременное срабатывание модуля и еще скольких-то или даже всех модулей , и . Сигнал срабатывания защиты будет продублирован, что не может вызывать возражений, а о виде замыкания будет свидетельствовать срабатывание старшего по сложности распознаваемого замыкания модуля двухфазного замыкания на землю. По такому же принципу проводят настройку и модуля трехфазного замыкания К⁽³⁾. Для него режимы междуфазных замыканий в защищаемой зоне могут быть исключены из перечня альтернативных режимов.

Предлагаемый способ универсален в том отношении, что не накладывает никаких ограничений на свою реализацию. Число отдельных реле сопротивления, форма и положение их характеристик, количество исполнительных групп выбирают так, как это необходимо для обеспечения максимальной чувствительности дистанционной защиты и абсолютного исключения вероятности ложной работы. Разумеется, можно варьировать и места предполагаемых замыканий, однако накопленный опыт говорит о том, что решение о выборе двух мест - в начале и конце защищаемой зоны - оптимально.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №66343, кл. Н 02 Н 3/28, 1944.

2. Шнеерсен Э.М. Дистанционные защиты. М.: Энергоатомиздат, 1986, с.88-89.

3. Патент РФ №2066511, кл. Н 02 Н 3/40, G 01 R 1/08, 1992.

4. Патент РФ №2149489, кл. Н 02 Н 3/40, G 01 R 31/08, 1999.

5. Распознаваемость повреждений электропередачи. Ч.1-3, Электричество, 2001, №2, 3, 12.

1. Способ дистанционной защиты линии электропередачи, согласно которому измеряемые токи и напряжения преобразуют совместно с априорной информацией о линии в токи и напряжения замыканий, предполагаемых в фиксированных местах линии, и подают преобразованные величины каждого предполагаемого места замыкания на соответствующее ему реле сопротивления, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности защиты, составляют группы аналогичных реле сопротивления, для чего дублируют каждое основное реле сопротивления аналогичными ему дополнительными реле и подают на дополнительные реле те же величины, что и на аналогичное основное реле, составляют из представителей групп аналогичных реле группы исполнительных реле, причем в состав одной группы исполнительных реле вводят только одно из аналогичных реле, выходные сигналы всех реле одной и той же исполнительной группы объединяют логической операцией И, а выходные сигналы всех групп исполнительных реле объединяют логической операцией ИЛИ, результат которой используют как выходной сигнал дистанционной защиты.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что места предполагаемых повреждений выбирают в начале и конце защищаемой зоны.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что измеряемые токи и напряжения разделяют на предшествующие и аварийные составляющие, те и другие преобразуют в отдельности в соответствующие составляющие токов и напряжения в предполагаемых местах замыканий, аварийные составляющие токов принимают в качестве токов предполагаемых замыканий, суммируют составляющие напряжений одного и того же места предполагаемого замыкания и принимают суммы в качестве напряжений предполагаемых замыканий.

4. Способ по пп.1-3, отличающийся тем, что каждому месту предполагаемого замыкания ставят в соответствие по шесть групп аналогичных реле сопротивления, три фазных и три междуфазных, и составляют отдельные группы исполнительных реле сопротивления для каждого вида замыкания, в группы исполнительных реле защиты от однофазного замыкания включают представителей соответствующих групп аналогичных фазных реле начала и конца зоны, в группы исполнительных реле защиты от междуфазного замыкания включают представителей соответствующих групп аналогичных междуфазных реле начала и конца зоны, а в группы исполнительных реле защиты от двухфазного замыкания на землю включают как представителей соответствующих групп аналогичных фазных реле начала и конца зоны, так и представителей соответствующих групп аналогичных междуфазных реле двух упомянутых мест линии электропередачи.