Способ дифференциальной защиты и устройство для дифференциальной защиты



Способ дифференциальной защиты и устройство для дифференциальной защиты
Способ дифференциальной защиты и устройство для дифференциальной защиты
Способ дифференциальной защиты и устройство для дифференциальной защиты
Способ дифференциальной защиты и устройство для дифференциальной защиты
Способ дифференциальной защиты и устройство для дифференциальной защиты
Способ дифференциальной защиты и устройство для дифференциальной защиты
Способ дифференциальной защиты и устройство для дифференциальной защиты
Способ дифференциальной защиты и устройство для дифференциальной защиты

 


Владельцы патента RU 2487451:

СИМЕНС АКЦИЕНГЕЗЕЛЛЬШАФТ (DE)

Изобретение используется в области электротехники. Технический результат - повышение надежности. Согласно способу для каждой фазы (13а, 13b, 13с) по меньшей мере в двух местах измерения защищаемого объекта (11) измеряют значения тока, из значений тока определяют для каждой фазы (13а, 13b, 13с) значения дифференциального тока и создают сигнал на отключение для определенной фазы (например, 13b), когда значение дифференциального тока этой фазы (например, 13b) превышает пороговое значение. При этом для каждой фазы (13а, 13b, 13с) из значений тока определяют значение стабилизирующего тока и создают блокировочный сигнал для определенной фазы (например, 13а, 13с), когда соответствующее значение стабилизирующего тока лежит ниже заданного порогового значения стабилизации, блокировочный сигнал подавляет сигнал на отключение для соответствующей фазы (например, 13а, 13с). Пороговое значение задают в зависимости от максимального значения стабилизирующего тока, а блокировочный сигнал создают для определенной фазы лишь тогда, когда фазовый угол этой фазы совпадает с фазовым углом фазы с максимальным значением стабилизирующего тока или сдвинут на 180 градусов. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к способу определения по меньшей мере одного короткого замыкания относительно по меньшей мере одной фазы защищаемого устройства, например сборной шины, линии передачи электрической энергии или силового трансформатора, в многофазной сети передачи электрической энергии, в котором для каждой фазы по меньшей мере в двух местах измерения защищаемого объекта измеряют значения тока, из значений тока определяют для каждой фазы значения дифференциального тока и создают выходной сигнал для определенной фазы, когда значение дифференциального тока этой фазы превышает пороговое значение. Кроме того, изобретение относится к соответствующему устройству дифференциальной защиты.

Соответствующие устройства дифференциальной защиты, в которых применяется указанный в начале способ, изготавливаются и предлагаются заявителем в виде, например, силовых устройств дифференциальной защиты под названием “SIPROTEC 4: 7SD52” или защитных устройств для сборных шин под названием “SIPROTEC 4: 7SS52”.

На основе стремления выполнять электрические распределительные устройства со все более компактной конструкцией при одновременном дальнейшем повышении подлежащих передачи мощностей трансформаторы тока, с помощью которых измеряются необходимые для вычисления значений дифференциального тока значения тока, обычно выполняют как можно меньшими и располагают в тесном пространстве по соседству друг с другом. Это развитие можно наблюдать, в частности, в высоковольтных распределительных устройствах с газовой изоляцией. На основании пространственной близости трансформаторов тока отдельных фаз повреждение может происходить при коротком замыкании между одной отдельной фазой и землей (так называемом коротком замыкании на землю) или коротком замыкании между двумя или более фазами за счет вызванного этим большого тока короткого замыкания с оказанием влияния также на те трансформаторы тока, которые не относятся к затронутым коротким замыканием фазам. При этом за счет обусловленного коротким замыканием большого первичного тока вызываются местные повышения силы тока в трансформаторах тока исправных фазах, за счет чего в этих трансформаторах тока индуцируется напряжение, которое приводит в подключенных на вторичной стороне к трансформатору тока нагрузках к возникновению токов. Подключенное к вторичной стороне устройство дифференциальной защиты, в котором соответствующие значения тока применяются в качестве основы для вычисления дифференциальных токов, может в наихудшем случае распознавать значительный дифференциальный ток и поэтому выдавать ошибочно сигнал на отключение в один или несколько соответствующих силовых выключателей с целью отделения по меньшей мере соответствующей фазы от остальной сети электроснабжения.

Проблема существует, с одной стороны, при внешних коротких замыканиях, т.е. при коротких замыканиях, которые лежат вне зоны защиты устройств дифференциальной защиты, которые, однако, приводят за счет влияния на соседние трансформаторы тока к значительным дифференциальным токам в собственно исправной зоне защиты и тем самым вызывают ошибочное отключение этой зоны защиты. С другой стороны, также при возможности избирательного по фазе отключения внутреннее короткое замыкание, т.е. короткое замыкание, которое лежит в рассматриваемой зоне защиты, может влиять на трансформаторы тока исправных фаз и приводить к отключению таких исправных фаз.

Для исключения таких ошибочных отключений на основе влияния на трансформаторы тока обычно пытаются использовать явно большие по размеру трансформаторы тока, в которых возникают уменьшенные эффекты насыщения. Это можно поддерживать также за счет предусмотрения специальных воздушных зазоров в сердечниках трансформаторов или с помощью так называемых компенсационных обмоток. Однако такие меры связаны с большими расходами и соответствующей потребностью в пространстве и, кроме того, не полностью предотвращают эффекты парциального насыщения.

Кроме того, можно устанавливать дифференциальную защиту, соответственно, менее чувствительной. Однако за счет этого существует опасность нераспознавания определенных неисправностей при более слабых токах.

В основу изобретения положена задача создания способа дифференциальной защиты указанного в начале вида, а также соответствующего устройства дифференциальной защиты, которое, несмотря на пространственную близость применяемых для измерения значений тока трансформаторов тока, выполняет надежное и избирательное отключение лишь тех фаз, которые действительно затронуты коротким замыканием.

Для решения этой задачи согласно изобретению предлагается способ указанного в начале вида, в котором для каждой фазы из значений тока определяют значения тока стабилизации и создают блокировочный сигнал для определенной фазы, когда соответствующее значение тока стабилизации лежит ниже заданного порогового значения стабилизации, при этом блокировочный сигнал подавляет сигнал на отключение для соответствующей фазы.

В основе изобретения лежит понимание того, что значения стабилизирующих токов не затронутых коротким замыканием фаз, независимо от влияния трансформаторов тока друг на друга значительно меньше стабилизирующего тока действительно затронутой коротким замыканием фазы. Таким образом, с помощью относительно простого критерия на основании значений стабилизирующего тока для отдельных фаз можно определять, имеется ли действительно короткое замыкание в определенной фазе защищаемого объекта или же дифференциальный ток для этой фазы возник лишь на основании влияния на трансформатор тока затронутой коротким замыканием фазы.

Особое преимущество изобретения состоит в том, что лишь за счет изменения выполняемого защитными устройствами программного обеспечения можно достигать улучшения стабильности способа дифференциальной защиты при внешних неисправностях и избирательности отключения; связанного с высокими расходами использования других трансформаторов тока не требуется.

Предпочтительная модификация способа состоит в том, что значение стабилизирующего тока динамически согласовывается с соответствующей имеющейся ситуацией. Для этого предлагается, что определяют максимальное значение стабилизирующего тока и стабилизирующее пороговое значение задают в зависимости от максимального значения стабилизирующего тока.

В этой связи может быть, например, предусмотрено, что стабилизирующее пороговое значение задают посредством умножения максимального значения стабилизирующего тока на коэффициент поперечной стабилизации, при этом коэффициент поперечной стабилизации выбирают между 0 и 1, предпочтительно между 0,3 и 0,5. Особенно предпочтительным для коэффициента поперечной стабилизации является значение 0,4, т.е. для тех фаз, значения стабилизирующего тока которых не превышают 40% значения максимального стабилизирующего тока, выдается блокировочный сигнал.

Другой предпочтительный вариант выполнения способа согласно изобретению состоит в том, что определяют фазный угол между значениями дифференциального тока или значениями стабилизирующего тока фазы с максимальным стабилизирующим током и значениями дифференциального тока или значениями стабилизирующего тока остальных фаз и блокировочный сигнал создают для определенной фазы лишь тогда, когда фазный угол этой фазы совпадает с фазным углом фазы с максимальным значением стабилизирующего тока или сдвинут на 180°. В основе этого усовершенствования лежит понимание того, что возникающий за счет влияния на соответствующие трансформаторы тока дифференциальный ток или стабилизирующий ток во всех фазах принимает одинаковый фазный угол, в то время как вызываемый за счет действительного короткого замыкания в фазе дифференциальный ток или стабилизирующий ток имеет отличный от него фазный угол. Таким образом, за счет учета фазного угла отдельных дифференциальных токов или стабилизирующих токов можно создавать блокировочный сигнал с еще большей надежностью.

Еще большую надежность при создании блокировочного сигнала можно достигать тем, что для каждой фазы рассматривают ход изменения нескольких следующих непосредственно друг за другом во времени значений дифференциального тока или значений стабилизирующего тока и создают блокировочный сигнал для определенной фазы лишь тогда, когда подъем хода изменения для этой фазы наступает с задержкой на заданный сдвиг во времени, например, 2-3 мс, чем подъем хода изменения для фазы с максимальным значением стабилизирующего тока. А именно, создаваемый за счет влияния на трансформатор тока подъем в ходе изменения дифференциального тока или в ходе изменения стабилизирующего тока относительно не затронутой коротким замыканием фазы происходит обычно с определенным сдвигом во времени относительно подъема в ходе изменения дифференциального тока, соответственно, в ходе изменения стабилизирующего тока действительно затронутой коротким замыканием фазы.

Относительно образования значений стабилизирующего тока может быть предпочтительно предусмотрено, что соответствующие значения стабилизирующего тока вычисляют посредством образования суммы величин всех измеренных для соответствующей фазы значений тока.

Указанная выше задача решена также с помощью электрического устройства дифференциальной защиты для контролирования защищаемого объекта в электрической сети энергоснабжения на предмет коротких замыканий, которое имеет устройство обработки данных, которое предназначено для выполнения указанного выше способа.

Ниже приводится подробное пояснение изобретения на основе примеров выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:

фиг.1 - схема первого контролируемого с помощью системы дифференциальной защиты защищаемого объекта;

фиг.2 - схема второго контролируемого с помощью системы дифференциальной защиты защищаемого объекта;

фиг.3 - блок-схема для пояснения блокирования сигнала на отключение устройства дифференциальной защиты;

фиг.4 - пример выполнения блока дифференциальной защиты устройства дифференциальной защиты;

фиг.5 - первый пример выполнения блокировочного устройства в устройстве дифференциальной защиты; и

фиг.6 - второй пример выполнения блокировочного устройства в устройстве дифференциальной защиты.

На фиг.1 показан участок 10 не изображаемой в дальнейшем электрической сети энергоснабжения. На участке 10 расположен защищаемый объект 11, который является, например, трехфазной электрической воздушной линией сети электроснабжения. Защищаемый объект 11 контролируется на своем первом конце 11а с помощью первого устройства 12а дифференциальной защиты, а на своем втором конце 11b - с помощью второго устройства 12b дифференциальной защиты. Для этого для каждой фазы 13а, 13b, 13c защищаемого объекта 11 с помощью первых трансформаторов 14а тока на первом конце 11а защищаемого объекта 11 и вторых трансформаторов 15а, 15b, 15с тока на втором конце 11b защищаемого объекта 11 измеряются значения тока и подаются в соответствующее устройство 12а, соответственно, 12b дифференциальной защиты.

Устройства 12а, соответственно, 12b дифференциальной защиты соединены друг с другом линией 16 связи и могут через эту линию связи передавать в соответствующее другое устройство 12а, соответственно, 12b дифференциальной защиты собственные значения тока в синхронизированном виде, т.е. в каждом устройстве 12а, соответственно, 12b дифференциальной защиты могут быть образованы для каждой фазы 13а, 13b, 13c защищаемого объекта 11 соответствующие пары из принимаемых соответственно на обоих концах 11а и 11b значений тока.

На основании имеющихся в обоих устройствах 12а, соответственно, 12b дифференциальной защиты значений тока с обоих концов 11а и 11b защищаемого объекта 11 можно в одном или обоих устройствах 12а, соответственно, 12b дифференциальной защиты создавать разницу величин значений тока для каждой фазы (соответственно, сумму с правильным знаком) и сравнивать с пороговым значением.

При исправном защищаемом объекте 11 возникающий для каждой фазы в защищаемом объекте ток равен выходящему из защищаемого объекта 11 току, так что разница величин значений тока должна принимать значение нуля. Однако на основании неточностей трансформации и погрешностей измерения значение разницы также в случае отсутствия неисправностей никогда не принимает нулевое значение, а лежит вместо этого ниже заданного порогового значения. Это пороговое значение может быть задано статически или динамически, например, с согласованием с величиной соответствующих фазных токов.

Если для определенной фазы значение разницы превосходит заданное пороговое значение, то это указывает на короткое замыкание внутри этой фазы защищаемого объекта 11, которое является, например, коротким замыканием на землю или двухполюсным или многополюсным коротким замыканием, т.е. коротким замыканием между двумя или более фазами защищаемого объекта. Для тех фаз, в которых распознана неисправность, устройства 12а и 12b дифференциальной защиты выдают через управляющие линии 17а, 17b соответствующий сигнал на отключение в переключаемом избирательно по фазе силовом выключателе 18, соответственно, 19, за счет чего соответствующий фазе силовой выключатель 18а, 18b, 18с, соответственно, 19а, 19b, 19с размыкает свои переключательные контакты и отделяет затронутую неисправностью фазу 13а, 13b, 13c от остальной сети электроснабжения.

Например, если в фазе 13b имеется короткое замыкание на землю, то устройства 12а, соответственно, 12b дифференциальной защиты распознают это на основании превосходящего соответствующее пороговое значение значения дифференциального тока и выдают сигналы на отключение в относящиеся к фазам силовые выключатели 18b, соответственно, 19b с целью отделения фазы 13b защищаемого объекта 11 от сети электроснабжения.

Однако за счет пространственной близости трансформаторов тока 14а, 14b, 14c, соответственно, 15а, 15b, 15c может оказываться влияние на трансформаторы тока, которые относятся к исправной фазе, за счет протекающего на первичной стороне трансформатора тока затронутой неисправностью фазы большого тока короткого замыкания, так что устройства 12а, соответственно, 12b дифференциальной защиты распознают дифференциальный ток также относительно исправной фазы и отключают также эту фазу. Поэтому с помощью способа, точное пояснение которого приводится ниже, необходимо предотвращать такое ошибочное отключение исправных фаз.

Хотя на фиг.1 показан трехфазный защищаемый объект 11 лишь с двумя концами 11а, соответственно, 11b, способ согласно изобретению можно использовать также в любых многофазных защищаемых объектах с двумя или более концами, например в электрических сборных шинах с несколькими ответвлениями. Таким образом, приведенное применительно к фиг.1, а также следующим фигурам описание принципа действия необходимо распространять, соответственно, на большее количество концов такого защищаемого объекта.

В то время как пример выполнения согласно фиг.1 способа согласно изобретению относится к проблеме распознавания внутренних коротких замыканий, т.е. таких коротких замыканий, которые лежат внутри контролируемой устройствами 12а, 12b дифференциальной защиты зоны, и отключения лишь действительно затронутой коротким замыканием фазы (фаз), ниже приводится описание стабильного распознавания внешних неисправностей на основании показанного на фиг.2 примера выполнения.

Для этого на фиг.2 показан участок 20 электрической сети с защищаемым объектом в виде трехфазной сборной шины 21. Для большей наглядности не показаны возможно отходящие от сборной шины ответвления.

Сборная шина 21 разделена на две защищаемые зоны 21а и 21b. Каждый участок на своих концах ограничен соответствующим местом 22а, 22b, 22с измерения и соответствующим силовым выключателем 23а, 23b, 23c. В показанном на фиг.2 примере выполнения силовые выключатели 23а, 23b, 23с являются трехполюсными силовыми выключателями, в которых переключаются вместе все 3 фазы, т.е. в данном случае не происходит избирательного отключения отдельных фаз. Этот вариант выполнения силовых выключателей часто встречается в распределительных установках высокого или среднего напряжения. В дальнейшем более подробно рассматривается защищаемая зона 21а, т.е. все возникающие внутри этой защищаемой зоны 21а неисправности, такие как, например, короткие замыкания на землю или двухполюсные или трехполюсные короткие замыкания между двумя или более фазными проводами, рассматриваются в качестве внутренних неисправностей, в то время как возникающие вне этой защищаемой зоны 21а неисправности, например возникающие в защищаемой зоне 21b неисправности, рассматриваются в качестве внешних неисправностей.

В местах 22а, 22b, 22c измерения с помощью трансформаторов тока измеряются вторичные токи и подаются в измерительные устройства 24а, 24b, 24с. Они измеряют вторичные токи в виде значений тока и передают эти значения тока через линию 25 связи, которая может быть, например, шиной связи с кольцевой структурой, в центральное устройство 26 дифференциальной защиты. Центральное устройство 26 дифференциальной защиты определяет относительно каждой защищаемой зоны 21а, 21b на основании соответствующих значений тока дифференциальные токи. С применением соответствующих отдельным защищаемым зонам 21а, 21b дифференциальных токов центральное устройство дифференциальной защиты принимает решение, имеется ли в соответствующей защищаемой зоне 21а, 21b неисправность или нет. Если центральное устройство дифференциальной защиты распознает неисправность, то оно через линию 25 связи передает сигнал на отключение в соответствующие измерительные устройства 24а, 24b, 24с, которые в свою очередь передают сигналы на отключение через управляющие линии 27а, 27b, 27с в соответствующие силовые выключатели 23а, 23b, 23с с целью полного, т.е. относительно всех трех фаз, отключения неисправной защищаемой зоны 21а, 21b от остальной сборной шины 21.

Если неисправность возникает в защищаемой зоне 21b, то это за счет пространственной близости трансформаторов тока может приводить в месте 23b измерения к тому, что вызванный за счет неисправности большой ток короткого замыкания воздействует на соседний трансформатор тока в этом месте 23b измерения и искажает вычисление дифференциального тока для защищаемой зоны 21а, так что центральное устройство дифференциальной защиты на основании влияния на трансформатор тока дополнительно к неисправности в действительно затронутой защищаемой зоне 21b ошибочно распознает также внутреннюю неисправность в защищаемой зоне 21а и отключает ее. Однако поскольку с точки зрения защищаемой зоны 21а в действительности имеется лишь внешняя неисправность, а именно неисправность в защищаемой зоне 21b, то такое отключение нежелательно. Поэтому способ, описание которого приводится ниже, позволяет предотвращать такую ошибочную обработку внешних неисправностей в качестве внутренних неисправностей.

На фиг.3-6 показаны блок-схемы частей, предусмотренных в устройствах 12а, 12b дифференциальной защиты (см. фиг.1), соответственно, в центральном устройстве 26 дифференциальной защиты (см. фиг.2) устройств обработки данных. Показанные для этого на фиг.3-6 функциональные блоки реализованы в устройствах обработки данных устройств 12а, 12b, соответственно, 26 дифференциальной защиты с помощью специального программного обеспечения устройств.

Последующие выкладки относятся к защищаемому объекту и измеряемым на концах этого защищаемого объекта значениям тока. Этот защищаемый объект может быть, например, защищаемым объектом 11 согласно фиг.1. В этом случае измеряются значения тока Ia1, Ia2 и Ia3 на первом конце 11а и значения тока Ib1, Ib2 и Ib3 на втором конце 11b с помощью устройств 12а, 12b дифференциальной защиты с применением трансформаторов 14а, 14b, 14с, соответственно, 15а, 15b, 15с тока. Кроме того, защищаемый объект может быть также рассмотренной защищаемой зоной 21а согласно фиг.2. В этом случае значения тока Ia1, Ia2 и Ia3 измеряются с помощью измерительного устройства 24а с применением трансформатора тока в месте 22а измерения, а значения тока Ib1, Ib2 и Ib3 - с помощью измерительного устройства 24b с применением трансформатора тока в месте 22b измерения и передаются в центральное устройство 26 дифференциальной защиты.

На фиг.3 показан блок 30 дифференциальной защиты устройства обработки данных устройства 12а, 12b, соответственно, 26 дифференциальной защиты, который на стороне входа получает измеренные с помощью соответствующих трансформаторов тока на защищаемом объекте значения тока Ia1, Ia2 и Ia3, а также Ib1, Ib2 и Ib3. Блок 30 дифференциальной защиты вычисляет поясняемым более точно ниже образом значения дифференциального тока и принимает на основании значений дифференциального тока решение, имеется ли в соответствующей фазе короткое замыкание. Если распознается такое короткое замыкание, то блок 30 дифференциальной защиты выдает на выходе сигналы А1, А2 и А3 на отключение.

В показанном на фиг.1 примере выполнения эти сигналы А1, А2 и А3 на отключение подаются для избирательного по фазе отключения соответствующих переключательных полюсов 18а, 18b, 18с, соответственно, 19а, 19b, 19с соответствующих силовых выключателей 18, соответственно, 19, что приводит к размыканию их переключательных контактов с целью отделения неисправной фазы от остальной сети электроснабжения.

В противоположность этому, в показанном на фиг.2 примере выполнения отдельные фазы отключаются не избирательно, поэтому достаточно наличия одного сигнала А1 или А2 или А3 на отключение для размыкания всех полюсов соответствующего силового выключателя 23а, 23b и тем самым для полного отключения защищаемой зоны 21а.

На основании имеющегося, в частности, в распределительных установках с компактной конструкцией тесного пространственного расположения трансформаторов тока, что все чаще наблюдается, например, в распределительных установках с газовой изоляцией сетей высокого напряжения, а также в распределительных установках среднего напряжения, при коротких замыканиях в одной или нескольких фазах с вызываемыми за счет этого большими помеховыми токами, которые подаются на вход трансформатора тока затронутой неисправностью фазы, происходит оказание влияния также на остальные трансформаторы тока. На основании таких влияний токи на вторичной стороне трансформаторов тока могут направляться в соответствующее устройство 12а, 12b, соответственно, 26 дифференциальной защиты, которые приводят к тому, что устройства 12а, 12b, соответственно, 26 дифференциальной защиты вычисляют значительные дифференциальные токи, так что устройство 12а, 12b, соответственно, 26 дифференциальной защиты распознает соответствующее короткое замыкание. За счет этого происходит ошибочное отключение одной собственно исправной фазы (см. фиг.1) или даже всех трех фаз (см. фиг.2).

На фиг.3 дополнительно показано блокировочное устройство 31, которое также получает на стороне входа значения тока Ia1, Ia2 и Ia3, соответственно, Ib1, Ib2 и Ib3. Блокировочное устройство определяет на основании значений тока Ia1, Ia2 и Ia3, соответственно, Ib1, Ib2 и Ib3 поясняемым более подробно ниже образом, имеется ли действительно для соответствующей фазы короткое замыкание или же происходит лишь влияние на соответствующий трансформатор тока такой фазы за счет протекающего большого тока короткого замыкания. Если блокировочное устройство 31 определяет для соответствующей фазы наличие такого влияния на трансформатор тока, то оно выдает на стороне выхода соответствующие блокировочный сигналы B1, B2, соответственно, B3, которые применяются для подавления выдачи соответствующих сигналов А1, А2 и А3 на отключение в соответствующие силовые выключатели. Для этого могут быть предусмотрены, например, И-схемы 32а, 32b, 32с, которые нагружаются на стороне входа, с одной стороны, соответствующими сигналами А1, А2 и А3 на отключение и, с другой стороны, через инвертирующий вход соответствующим блокировочным сигналом B1, B2 и B3.

Например, если при имеющемся в фазе 13b (см. фиг.1) коротком замыкании на землю на основании значений тока Ia1, Ia2 и Ia3, Ib1, Ib2 и Ib3 распознается для фаз 13а и 13с повышенное значение дифференциального тока, однако также одновременно в блокировочном устройстве 31 распознается влияние на трансформатор тока, то сигналы А1 и А3 на отключение подавляются с помощью блокировочных сигналов B1 и B3, так что отключается лишь имеющееся в фазе 13b короткое замыкание на землю с помощью не блокированного сигнала А2 на отключение.

В случае показанного на фиг.2 примера выполнения это означает, что при внешней неисправности в защищаемой зоне 21b, которая на основании большого тока короткого замыкания приводит к влиянию на трансформатор тока исправных фаз в месте 23b измерения, для защищаемой зоны 21а хотя и распознается относительно исправных фаз значительный дифференциальный ток, однако соответствующие блокировочные сигналы предотвращают отключение защищаемой зоны 21а. В противоположность этому, относительно затронутой внешней неисправностью фазы не распознается значительный дифференциальный ток и поэтому не создается также сигнал на отключение, поскольку большой ток короткого замыкания как входит в защищаемую зону 21а, так и снова выходит из нее.

На фиг.4 показан в качестве примера пример выполнения блока 30 дифференциальной защиты. Как указывалось выше применительно к фиг.3, на вход блока 30 дифференциальной защиты подаются значения тока Ia1, Ia2 и Ia3, соответственно, Ib1, Ib2 и Ib3. Соответствующие одной фазе защищаемого объекта значения тока подаются в схемы 40а, 40b и 40с образования дифференциального значения, где в соответствии с приведенной ниже формулой (1) для соответствующей фазы образуется правильная по знаку сумма значений тока:

,

где Idiff,i обозначает дифференциальный ток для соответствующей фазы, i - соответствующую фазу (1, 2, 3), n - соответствующий рассматриваемый конец защищаемого объекта и N - общее количество концов защищаемого объекта. Поскольку вследствие рассматривания с правильными знаками образуется по существу разница между входящими и выходящими токами, то соответствующие блоки для вычисления называются схемами образования дифференциальных значений.

В соответствии с уравнением (1) в схеме 40а образования дифференциального значения образуется с правильными знаками сумма значений тока Ia1 и Ib1, в схеме 40b образования дифференциального значения образуется с правильными знаками сумма значений тока Ia2 и Ib2, а также в схеме 40с образования дифференциального значения образуется с правильными знаками сумма значений тока Ia3 и Ib3. Получаемые значения Idiff,1, Idiff,2 и Idiff,3 после этого подаются в схемы 41а, 41b, 41с порогового значения и сравниваются с заданным статически или динамически пороговым значением. На выходе блок 30 дифференциальной защиты выдает сигналы А1, А2 и А3 на отключение, когда для соответствующей фазы соответствующее значение дифференциального тока Idiff,1 и Idiff,2, соответственно, Idiff,3 превышает используемое в схемах 41а, 41b, 41с порогового значения для сравнения пороговое значение.

На фиг.5 показан первый пример выполнения блокировочного устройства 50. Как уже указывалось выше применительно к фиг.3, в блокировочное устройство 50 подаются отдельные значения тока Ia1, Ia2 и Ia3, а также Ib1, Ib2, Ib3. Относящиеся к одной фазе значения тока подаются на вход схем 51а, 51b, 51с суммирования, которые в соответствии со следующим уравнением (2) образуют относящиеся к соответствующей фазе значения стабилизирующих токов в виде суммы величин отдельных значений тока.

При этом Istab,i обозначает стабилизирующий ток соответствующей фазы; остальные обозначения соответствуют соответствующим обозначениям в уравнении (1).

Таким образом, в соответствии с уравнением (2) в суммирующей схеме 51а образуется сумма величин значений тока Ia1 и Ib1, в суммирующей схеме 51b образуется сумма значений тока Ia2 и Ib2, а в суммирующей схеме 51с образуется сумма значений тока Ia3 и Ib3. Полученные значения стабилизирующего тока Istab,1, Istab,2 и Istab,3 выдаются на стороне выхода из суммирующих схем 51а, 51b и 51с в устройство 52 распознавания максимума. Устройство 52 распознавания максимума рассматривает отдельные значения стабилизирующего тока Istab,1, Istab,2 и Istab,3 и определяет из них максимальное значение стабилизирующего тока Istab,max, которое выдается на выходе устройства 52 распознавания максимума. Максимальное значение стабилизирующего тока Istab,max подается в схему 53 порогового значения и служит там для динамического, т.е. согласованного с максимальным значением стабилизирующего тока Istab,max, задания стабилизирующего порогового значения. Для образования стабилизирующего порогового значения значение стабилизирующего тока Istab,max умножается с коэффициентом f поперечной стабилизации, при этом коэффициент f поперечной стабилизации можно выбирать в диапазоне между 0 и 1. Обычно подходящие значения для коэффициента поперечной стабилизации лежат между 0,3 и 0,5, предпочтительно выбирается значение 0,4.

Кроме того, на вход схемы 53 порогового значения подаются значения стабилизирующего тока Istab,1, Istab,2 и Istab,3. В схеме 53 значения стабилизирующего тока Istab,1, Istab,2 и Istab,3 сравниваются со стабилизирующим пороговым значением f Istab,max, и на выходе выдается блокировочный сигнал B1, B2 и B3 для той фазы, в которой значение стабилизирующего тока Istab,1, Istab,2, Istab,3 меньше стабилизирующего порогового значения f Istab,max.

В основе этого способа образования блокировочного сигнала B1, B2 и B3 лежит то, что создаваемый за счет влияния друг на друга трансформаторов тока подъем стабилизирующего тока не затронутой коротким замыканием фазы значительно меньше стабилизирующего тока f Istab,max действительно затронутой коротким замыканием фазы. Таким образом, коэффициент f поперечной стабилизации обозначает процентную долю максимального стабилизирующего тока Istab,max, который не превышает вызванный лишь за счет влияния на трансформатор тока (т.е. по существу поперечного влияния) подъем значения стабилизирующего тока одной определенной фазы.

Если, например, в фазе 13b (см. фиг.1) произошло короткое замыкание на землю, то блокировочное устройство 50 распознает на основании образованного из значений тока Ia2 и Ib2 относительно этой фазы 13b значения стабилизирующего тока Istab,2 в сравнении с другими более низкими значениями стабилизирующего тока Istab,1 и Istab,3 максимальное значение стабилизирующего тока Istab,max, которое перемножается с коэффициентом f поперечной стабилизации. Образованные из значений тока Ia1 и Ib1, соответственно, Ia3 и Ib3 значения стабилизирующего тока Istab,1 и Istab,3 должны обычно повышаться лишь за счет влияния на трансформатор тока и поэтому не превышают стабилизирующее пороговое значение в схеме 53 порогового значения, так что для этих фаз создаются блокировочные сигналы B1 и B3, в то время как блокировочный сигнал В2 не создается, поскольку для соответствующей фазы 13b распознается максимальное значение стабилизирующего тока f Istab,max.

Наконец, на фиг.6 показан второй пример выполнения блокировочного устройства 60, которое в существенных частях соответствует первому примеру выполнения блокировочного устройства 50. Поэтому соответствующие друг другу компоненты примеров выполнения согласно фиг.5 и 6 обозначены соответствующими позициями.

Для дальнейшего увеличения надежности образования блокировочных сигналов В1, В2, соответственно, В3 в примере выполнения блокировочного блока 60 согласно фиг.6 дополнительно предусмотрено устройство 61 распознавания фазного угла, а также устройство 62 распознавания сдвига во времени.

Устройство 61 распознавания фазного угла получает на входе выдаваемые суммирующими схемами 51а, 51b, 51с отнесенные к фазам значения стабилизирующего тока Istab,1, Istab,2 и Istab,3. Кроме того, в устройство 61 распознавания фазного угла подается максимальное значения стабилизирующего тока Istab,max. Устройство 61 распознавания фазного угла сравнивает фазные углы отдельных значений стабилизирующего тока Istab,1, Istab,2, Istab,3 с фазным углом максимального значения стабилизирующего тока Istab,max и выдает для соответствующей фазы выходной сигнал Р1, Р2, Р3 фазного угла лишь тогда, когда фазный угол стабилизирующего тока соответствующей фазы соответствует фазному углу максимального значения стабилизирующего тока Istab,max или сдвинут точно на 180°. Сигналы Р1, Р2, Р3 фазного угла подаются в И-схемы 63а, 63b и 63с, на вход которых подаются также выходные сигналы схемы 53 порогового значения.

В устройстве 61 распознавания фазного угла применяется понимание того, что при возникающих за счет влияния друг на друга трансформаторов тока повышенных значениях стабилизирующего тока его фазный угол определяется током короткого замыкания на первичной стороне соответствующей затронутой коротким замыканием фазы.

На вход устройства 62 распознавания сдвига во времени подаются значения стабилизирующего тока Istab,1, Istab,2 и Istab,3. В устройство 62 распознавания сдвига во времени подается также максимальное значение стабилизирующего тока Istab,max. Устройство 62 распознавания сдвига во времени исследует ход изменения следующих непосредственно друг за другом значений относящихся к фазам значений стабилизирующего тока Istab,1, Istab,2 и Istab,3 и максимального значения стабилизирующего тока Istab,max и выдает сигнал Z1, Z2, Z3 сдвига во времени для соответствующей фазы лишь тогда, когда подъем в ходе изменения значений стабилизирующего тока Istab,1, Istab,2 и Istab,3 для соответствующей фазы возникает с определенным сдвигом во времени, предпочтительно со сдвигом во времени между 2 и 3 мс, относительно подъема в ходе изменения максимального значения стабилизирующего тока Istab,max. Соответствующий сигнал Z1, Z2, Z3 сдвига во времени также подается в И-схемы 63а, 63b, 63с.

В устройстве 62 распознавания сдвига во времени применяется понимание того, что вызванный за счет влияния друг на друга трансформаторов тока подъем стабилизирующего тока в не затронутой неисправностью фазе с определенным сдвигом во времени отстает от подъема в ходе изменения значения стабилизирующего тока действительно затронутой неисправностью фазы.

И-схемы 63а, 63b, 63с выдают блокировочный сигнал точно тогда, когда выполнены все входные условия, т.е. когда значение стабилизирующего тока определенной фазы лежит внутри стабилизирующего порогового значения, фазный угол стабилизирующего тока этой фазы совпадает с фазным углом максимального значения стабилизирующего тока и подъем в ходе изменения стабилизирующего тока соответствующей фазы отстает от подъема в ходе изменения максимального стабилизирующего тока на определенный сдвиг во времени.

Хотя в примере выполнения блокировочного устройства 60 согласно фиг.6 дополнительно к выполнению согласно фиг.5 показаны как устройство 61 распознавания фазного угла, так и устройство 62 распознавания сдвига во времени, согласно изобретению возможны также примеры выполнения, в которых дополнительно имеется либо лишь устройство 61 распознавания фазного угла, либо устройство 62 распознавания сдвига во времени. В этом случае блокировочные сигналы В1, В2, В3 образуются, соответственно, на основании двух входных критериев.

В примере выполнения блокировочного устройства 60, в отклонение от примера выполнения согласно фиг.6, может быть также предусмотрено, что в устройство 61 распознавания фазного угла и в устройство 62 распознавания сдвига во времени подаются вместо значений стабилизирующего тока значения дифференциального тока, и они сравниваются с фазным углом, соответственно, ходом изменения значений дифференциального тока той фазы, которая имеет максимальное значение стабилизирующего тока.

Таким образом, изобретение в целом предлагает способ, который можно просто заносить в программное обеспечение устройств дифференциальной защиты с целью предотвращения вызываемых влиянием на трансформаторы тока ошибочных отключений. С помощью указанного способа можно надежно распознавать возникающие за счет влияния друг на друга трансформаторов тока дифференциальные токи и предотвращать создание соответствующих сигналов на отключение.

Однако за счет выбора в соответствии с изобретением критериев для образования блокировочных сигналов можно также предотвращать ошибочное блокирование сигнала на отключение, когда в определенной фазе действительно имеется короткое замыкание, т.е. когда вместо отдельной фазы одним коротким замыканием затронуты две или три фазы. В этом случае проверки критериев для действительно затронутых коротким замыканием фаз показывают превышение стабилизирующего порогового значения, а также необязательно отличный от нуля, соответственно, 180° сдвиг фазного угла и недостаточный сдвиг во времени, поскольку в этом случае преобладает не влияние друг на друга трансформаторов тока, а влияние действительно имеющегося на соответствующей первичной стороне отдельных трансформаторов тока короткого замыкания на значения дифференциальных токов, соответственно, стабилизирующих токов.

1. Способ определения короткого замыкания относительно по меньшей мере одной фазы (13а, 13b, 13с) защищаемого объекта (11) в многофазной сети передачи электрической энергии, в котором для каждой фазы (13а, 13b, 13с) по меньшей мере в двух местах измерения защищаемого объекта (11) измеряют значения тока; из значений тока определяют для каждой фазы (13а, 13b, 13с) значения дифференциального тока; и создают сигнал на отключение для определенной фазы (например 13b), когда значение дифференциального тока этой фазы (например 13b) превышает пороговое значение; отличающийся тем, что для каждой фазы (13а, 13b, 13с) из значений тока определяют значение стабилизирующего тока и создают блокировочный сигнал для определенной фазы (например 13а, 13с), когда соответствующее значение стабилизирующего тока лежит ниже заданного порогового значения стабилизации, при этом блокировочный сигнал подавляет выдачу сигнала на отключение для соответствующей фазы (например 13а, 13с), причем определяют максимальное значение стабилизирующего тока и стабилизирующее пороговое значение задают в зависимости от максимального значения стабилизирующего тока, при этом: определяют фазовый угол между значениями дифференциального тока или значениями стабилизирующего тока фазы (например 13b) с максимальным стабилизирующим током и значениями дифференциального тока или значениями стабилизирующего тока остальных фаз (например 13а, 13с); и блокировочный сигнал создают для определенной фазы (например 13а, 13с) лишь тогда, когда фазовый угол этой фазы (например 13а, 13с) совпадает с фазовым углом фазы (например 13b) с максимальным значением стабилизирующего тока или сдвинут на 180°.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что стабилизирующее пороговое значение задают посредством умножения максимального значения стабилизирующего тока на задаваемый коэффициент поперечной стабилизации.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что коэффициент поперечной стабилизации выбирают между 0 и 1, предпочтительно между 0,3 и 0,5.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что в качестве коэффициента поперечной стабилизации выбирают значение 0,4.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что для каждой фазы (13а, 13b, 13с) рассматривают ход изменения нескольких следующих непосредственно друг за другом во времени значений дифференциального тока или значений стабилизирующего тока; и создают блокировочный сигнал для определенной фазы (например 13а, 13с) лишь тогда, когда подъем хода изменения для этой фазы (например 13а, 13с) наступает лишь с задержкой на заданный сдвиг во времени относительно подъема хода изменения для фазы (например 13b) с максимальным значением стабилизирующего тока.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что соответствующие значения стабилизирующего тока вычисляют посредством образования суммы величин всех измеренных для соответствующей фазы (13а, 13b, 13с) значений тока.

7. Электрическое устройство (12а, 12b) дифференциальной защиты для контролирования защищаемого объекта (11) в электрической сети энергоснабжения на предмет коротких замыканий, содержащее устройство обработки данных, которое предназначено для выполнения способа по любому из пп.1-6.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к релейной защите (РЗ) «мертвых зон» (МЗ) (РЗ МЗ) между трансформаторами тока (ТТ) и выключателями в открытых распределительных устройствах (ОРУ) электростанций и подстанций с отходящими высоковольтными линиями (ВЛ) электропередачи высокого (110, 220, 500 кВ) и сверхвысокого (750 кВ) напряжения (ВН и СВН).

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для определения места короткого замыкания в силовой линии электропередачи или распределительной линии с двумя терминалами.

Изобретение относится к устройствам релейной защиты асинхронных генераторов с емкостями самовозбуждения от внутренних междуфазных коротких замыканий в обмотке статора.

Изобретение относится к области электроэнергетики, в частности к способам защиты высоковольтных линий электропередачи. .

Изобретение относится к защите электроустановок от коротких замыканий (КЗ) и, в частности к защите генераторов и/или трансформаторов. .

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к защитам линии электропередачи (ЛЭП). .

Изобретение относится к электроэнергетике и электротехнике, конкретно к релейной защите и автоматике электрических систем

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат заключается в обеспечении дифференциально-фазной высокочастотной защиты линии электропередачи напряжением 110-220 кВ с двухсторонним питанием в сочетании с дальним резервированием релейных защит и коммутационных аппаратов подстанций, подключенных к ответвлениям от указанной линии. Для этого заявленное устройство содержит установленные по питающим концам указанной линии полукомплекты защиты, каждый из которых содержит подключенные выходами к входам высокочастотного передатчика своего конца линии электропередачи пусковой орган высокочастотного передатчика, орган манипуляции высокочастотного передатчика и пусковой орган, подготавливающий цепи отключения защиты, силовые выключатели, а также группы трансформаторов тока своего конца линии электропередачи, группы трансформаторов напряжения своего конца линии электропередачи, являющиеся источниками информации для защиты линии электропередачи, дополнительный пусковой орган, блокирующий действие защиты при коротких замыканиях за трансформаторами подстанций, логический элемент И, причем в устройство в каждый полукомплект дополнительно введен орган дальнего резервирования, на вход которого через устройство сопряжения подключены выходы трансформаторов тока и трансформаторов напряжения своего конца линии электропередачи и выход органа сравнения фаз. 7 ил.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение надежности и упрощение устройства. На потенциале высокого или сверхвысокого напряжения для каждой фазы имеются два передающих модуля, установленных по концам защищаемого участка и соединенных между собой волоконно-оптической линией связи. На потенциале земли - модуль переприема, связанный радиоканалами с обоими передающими модулями и соединенный волоконно-оптической линией связи с объединенным пунктом управления. Каждый из передающих модулей содержит блок питания, измерительный преобразователь, модем, блок сравнения и радиопередатчик. Модуль переприема является общим для передающих модулей всех фаз защищаемого участка. 11 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к дифференциально-фазной защите линий электропередачи 110-220 кВ с трехфазным управлением выключателями. Решает проблему распознавания сложного вида повреждения: однофазного замыкания с одновременным обрывом провода. Для решения проблемы применяются дополнительные блоки, контролирующие факт обрыва и направление мощности. Технический результат - обеспечение чувствительности защиты к однофазному КЗ с одновременным обрывом фазы. 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в релейной защите линий электропередачи, предназначенной для реализации токовой защиты линии электропередачи. Технический результат изобретения - повышение надежности и упрощение защиты линии электропередачи. Устройство для продольной дифференциальной токовой защиты линии электропередачи, в котором микропроцессорный терминал размещен на одном конце линии электропередачи и содержит два токовых измерительно-преобразовательных органа. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах дистанционной защиты от замыкания на землю в системах линий электропередачи. Техническим результатом является повышение надежности защиты за счет возможности избежать переоценки или недооценки разницы между углами тока в месте короткого замыкания и на реле при отключении во время действия защиты. Способ дистанционной защиты от короткого замыкания на землю содержит следующие этапы: измерение полного сопротивления локального источника на основе составляющей короткого замыкания на обоих концах (М, N) линии электропередачи при возникновении короткого замыкания; отправку измеренного полного сопротивления локального источника из первого конца линии во второй конец линии; настройку критерия защиты на втором конце линии на основе измеренного полного сопротивления локального источника; оценку короткого замыкания на землю как внутреннего короткого замыкания или внешнего короткого замыкания в соответствии с настроенным критерием защиты. 4 н. и 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к защите электроустановок. Технический результат заключается в повышении чувствительности и быстродействия защиты, а также устойчивости ее функционирования. В предложенном способе пофазно формируют дифференциальный ток. Исходя из полученных мгновенных значений вторичных токов определяют токи намагничивания и восстановленные первичные токи трансформаторов тока, при этом за положительные направления токов принимается их направление к защищаемому объекту. Полученные сигналы вторичных, восстановленных первичных токов и токов намагничивания ТТ плеч защиты приводят к одним относительным единицам с учетом коэффициентов трансформации трансформаторов тока и других выравнивающих коэффициентов. После чего формируют дифференциальный ток, пропорциональный сумме восстановленных первичных токов соответствующих присоединений защищаемого объекта. Вычисляют тормозной ток, пропорциональный токам намагничивания трансформаторов тока. Далее интегрируют полученные значения тормозного и дифференциального токов за период промышленной частоты и сравнивают полученный интегральный дифференциальный ток с уставкой и интегральным тормозным током. В случае, если значение интегрального дифференциального тока превосходит значение суммы интегрального тормозного тока и уставки срабатывания, формируют команду на отключение электроустановки. 3 ил.

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - повышение эффективности и простоты способа. Согласно способу фиксируют фазные напряжения и токи на обеих сторонах линии, выделяют их аварийные составляющие, разделяют напряжения и токи на составляющие нулевой последовательности и безнулевые составляющие - разности фазных напряжений (токов) и их составляющих нулевой последовательности. Составляют двухпроводные модели линии электропередачи прямой последовательности и нулевой последовательности, которые используют в двух режимах - пассивном и активном. В пассивном режиме на входе первой стороны модели подают первые напряжения, равные соответствующим указанным напряжениям прямой или нулевой последовательности, а на вход второй стороны модели подают первые токи, равные соответствующим указанным токам прямой или нулевой последовательности, а в активном режиме вход первой стороны модели шунтируют, а вход второй стороны - размыкают. Определяют реакцию пассивной модели в виде второго тока на входе первой стороны модели и второго напряжения на входе второй стороны модели, определяют третий ток как разность первого и второго тока на первом входе модели и третье напряжение как разность первого и второго напряжения на втором входе модели, находят соотношение между третьим напряжением и третьим током, по которому определяют место замыкания линии электропередачи. 5 з.п. ф-лы, 19 ил.

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - повышение эффективности и простоты способа. Согласно способу фиксируют аварийные составляющие фазных напряжений и токов на обеих сторонах линии, вычитают из них составляющие нулевой последовательности, формируя тем самым первые напряжения и токи, составляют для всех фаз линии электропередачи двухпроводные модели прямой последовательности, которые используют в двух режимах - пассивном и активном. В пассивном режиме на входы обеих сторон моделей подают первые напряжения, а в активном режиме входы обеих сторон моделей шунтируют, определяют реакции пассивных моделей в виде вторых входных токов, определяют третьи токи, протекающие на зашунтированных входах активных моделей, вычитая вторые токи из соответствующих первых токов, находят соотношение между третьими токами противоположных сторон каждой модели и по указанным соотношениям определяют место замыкания линии электропередачи. 4 з.п. ф-лы, 15 ил.

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - обеспечение надежной защиты в условиях изменяющейся электрической топологии системы передачи. Система содержит множество входных силовых кабелей (4) для передачи электроэнергии от генераторов (2) электроэнергии, таких как генераторы (2), работающие на энергии ветра, к выходному кабелю (40), множество блоков (5, 50) защитного оборудования, каждый из которых выполнен с возможностью размещения на соответствующем одном из входных кабелей (4) или на выходном кабеле (40). Каждый входной и выходной силовой кабель (4, 40) снабжен соответствующим устройством (6, 60) отключения. Причем каждый блок (5, 50) защитного оборудования включает в себя измерительный блок (51) для измерения тока и напряжения кабеля (4, 40) и блок (53) управления, оперативно присоединяемый к устройству (6, 60) отключения соответствующего силового кабеля (4, 40), для того чтобы выборочно размыкать устройство (6, 60) отключения, когда система защиты обнаруживает дифференциальное короткое замыкание. Система предназначена для передачи электроэнергии от изменяющегося числа генераторов (2) электроэнергии, где используемые силовые кабели (4, 9, 11, 40) изменяются. При этом система защиты содержит по меньшей мере один компенсатор (54) зарядного тока для компенсации дифференциальной защиты и выполнена с возможностью регулирования компенсации на основе электрической топологии, определенной из текущего использования силовых кабелей. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх