Способ дистанционной защиты линии электропередачи



Способ дистанционной защиты линии электропередачи
Способ дистанционной защиты линии электропередачи
Способ дистанционной защиты линии электропередачи
Способ дистанционной защиты линии электропередачи
Способ дистанционной защиты линии электропередачи
Способ дистанционной защиты линии электропередачи

 


Владельцы патента RU 2622895:

Акционерное общество энергетики и электрификации "Тюменьэнерго" (RU)
Общество с ограниченной ответственностью "Исследовательский центр "Бреслер" (RU)

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - повышение распознающей способности защиты по отношению к короткому замыканию в защищаемой зоне. Согласно способу входные комплексные величины преобразуют и вторые группы токов и напряжений, которые далее в модели неповрежденной части линии преобразуют в третьи напряжения и третьи токи, из первых напряжений и вторых токов формируют первую трехфазную комплексную мощность, из третьих напряжений и токов - вторую подобную мощность, формируют универсальный замер защиты как отношение второй трехфазной мощности к первой и задают на плоскости данного замера характеристику срабатывания защиты и вызывают срабатывание исполнительного блока, если указанный комплексный замер находится в области, ограниченной заданной характеристикой срабатывания. При этом первые величины относятся к текущему режиму электропередачи. Вторые величины - это аварийные составляющие токов и напряжений. Третьи напряжения - это результат преобразования первых величин, а третьи токи – результат преобразования вторых величин. 12 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к электроэнергетике, а именно к релейной защите линий электропередачи. Ориентировано на реализацию в микропроцессорных терминалах.

До перехода релейной защиты на микропроцессорную технику методы распознавания аварийных ситуаций ограничивались текущей информацией о состоянии защищаемого объекта. Микропроцессорная защита сохраняет в памяти информацию о режиме, предшествующем короткому замыканию, благодаря чему в ней может быть объединена информация о двух режимах - текущем и предшествующем. В результате повышается распознающая способность защиты, оцениваемая ее чувствительностью к повреждению объекта.

Традиционными способами защиты можно считать те, что довольствуются только информацией о текущем режиме. К относительно новому типу имеет смысл отнести способы, которые оперируют информацией о двух режимах. Типичным представителем алгоритмов такого типа является способ дистанционной защиты линии электропередачи, описанный в [1]. В нем используются аварийные составляющие наблюдаемых токов, которые определяются по результатам регистрации электрических величин в двух режимах.

В данном способе замерами служат реактивные параметры предполагаемых повреждений; защита реагирует на сочетание их знаков. Условия срабатывания защиты предельно просты: первый параметр должен быть положительным, а второй - отрицательным. В большинстве случаев короткого замыкания в защищаемой зоне так и бывает. Однако исключения встречаются, и чтобы обеспечить срабатывание защиты и при таких аварийных ситуациях, принимают дополнительные меры. Например, увеличивают число реактивных параметров [2], вследствие чего способ усложняется и теряет наглядность.

Более удачным оказалось техническое решение [3], оставляющее прежнее число реактивных параметров, а именно два, но вводящее характеристику срабатывания дистанционной защиты на плоскости этих параметров. Недостатки данного способа выявились в ходе исследования обучаемости релейной защиты [4]. На плоскости замеров отображаются контролируемые режимы объекта (α-режимы), в которых защите надлежит срабатывать, и отдельно отображаются альтернативные режимы (β-режимов), в которых срабатывание категорически запрещено. Проблема заключается в том, что короткие замыкания вне заданной зоны действия защиты, относящиеся к числу β-режимов, отображаются в тех же местах, где и часть α-режимов. Подобное препятствие распознаванию замыканий в зоне защиты ощутимо проявляется на плоскости реактивных параметров. Кроме того, в упомянутом способе каждому виду замыкания отвечают свои реактивные параметры и, следовательно, индивидуальные характеристики срабатывания защиты.

Цель настоящего изобретения - повысить распознающую способность способа дистанционной защиты, оперирующего информацией о двух режимах линии электропередачи. Еще одна цель - унификация способа с тем, чтобы исключить необходимость учета особенностей каждого вида замыкания. Упрощенная реализация способа полезна прежде всего потому, что позволяет свести к минимуму вероятность ошибки при задании характеристики срабатывания защиты.

Поставленные цели достигаются благодаря существенному обобщению замера, на который реагирует защита. Как и в прототипе, в предлагаемом способе используется модель неповрежденной электропередачи. Наблюдаются и регистрируются токи и напряжения. Их преобразуют в комплексные сигналы (комплексы). Первыми полагают величины текущего режима. Величины предшествующего режима используют для определения аварийных составляющих, которые полагают вторыми токами и напряжениями. Модель неповрежденной электропередачи используют для преобразования первых величин в напряжения конца защищаемой зоны, а вторых величин - в аварийные составляющие токов того же места. Преобразованные электрические величины полагают третьими.

Отличие предложения от прототипа заключается в действиях с тремя группами токов и напряжений. Проводимые с ними операции формируют универсальный комплексный замер, несущий необходимую информацию обо всех видах коротких замыканий в контролируемой электропередаче. В новых операциях задействованы первые напряжения, вторые токи, третьи напряжения и третьи токи. Первые токи и вторые напряжения играют роль на этапе формирования третьих величин и в дальнейших преобразованиях не участвуют. Преобразования заключаются в определении двух трехфазных комплексных мощностей, отношение которых служит в данном способе замером дистанционной защиты. Первую трехфазную мощность определяют как взаимную мощность первых напряжений и вторых токов. Вторую - как взаимную мощность третьих напряжений и третьих токов. Своеобразие этих мощностей состоит в том, что они охватывают оба наблюдаемых режима - текущий и предшествующий, но последний участвует не в чистом виде, а тем, что вносит свой вклад в определение аварийных составляющих наблюдаемых токов. Комплексные мощности определяются здесь фазными напряжениями текущего режима и аварийными составляющими соответствующих токов.

Возникает вопрос, почему именно такие мощности оказываются особо ценными в информационном отношении. Дело в том, что в месте короткого замыкания выделяется чисто активная мощность, которая определяется напряжением текущего режима в этом месте и синфазным с ним током замыкания. В предшествующем режиме там тока нет, следовательно, ток замыкания представляет собой источник аварийных составляющих всех электрических величин. Коль скоро, применяемая здесь комплексная мощность может служить индикатором места замыкания, резонно предположить, что с ее помощью возможно распознать, где находится повреждение - в зоне или вне ее.

На фиг. 1 представлена имитационная модель неповрежденной линии электропередачи, на фиг. 2 - модель в качестве преобразователя комплексов наблюдаемых величин текущего режима, на фиг. 3 - в качестве такого же преобразователя, но на этот раз аварийных составляющих токов и напряжений, на фиг. 4 - структура защиты, реализующей предлагаемый способ. На фиг. 5-9 приведены иллюстрации, поясняющие теоретические аспекты предлагаемого способа: на фиг. 5 - двухпроводная модель электропередачи в текущем режиме короткого замыкания, случившегося в защищаемой зоне либо вне ее; на фиг. 6 - часть модели, преобразующая величины начала линии в напряжение конца защищаемой зоны в предположении, что линия не повреждена. На фиг. 7 - эта же модель в чисто аварийном режиме (режим аварийных составляющих) при замыкании в зоне действия защиты; на фиг. 8 - то же, но при замыкании вне зоны; на фиг. 9 и 10 даны векторные диаграммы величин, определяемых соответственно в моделях фиг. 7 и 8. На фиг. 11 и 12 приведен пример, иллюстрирующий задание характеристики срабатывания защиты: На фиг. 11 - имитационная модель конкретной электропередачи, а на фиг. 12 - отображения контролируемых и альтернативных режимов на плоскости замера дистанционной защиты, действующей по предлагаемому способу.

Рассматривается электрическая сеть, состоящая из линии электропередачи 1, связывающей наблюдаемую и ненаблюдаемую системы 2 и 3. Наблюдаются токи и напряжения в начале линии x=0, где x - координата произвольного места. Наблюдаемые величины представляют в виде комплексов , , где в аргументе указана координата, ν=A,B,C - обозначение любой из трех фаз электропередачи. Кроме того, на фиг. 1 указаны длина линии , протяженность защищаемой зоны и показаны недоступные наблюдению токи и напряжения , в конце защищаемой зоны.

Защита фиксирует величины двух режимов - предшествующего , и текущего режима короткого замыкания , . По ним определяют аварийные составляющие наблюдаемых величин , .

Неповрежденная часть линии электропередачи, равная защищаемой зоне, моделируется в виде преобразователей 4 и 5. Первый преобразует величины , в напряжения , а второй - в токи . Так, без учета распределенной емкости, преобразователь 4, моделирующий однородную симметричную линию, осуществляет преобразование

где - ток нулевой последовательности, и - удельные параметры линии прямой и нулевой последовательностей.

Если в линии без ответвлений не учитывать распределенную емкость, то необходимость в преобразование 5 отпадает, так как в таком случае .

Структура, реализующая предлагаемый способ, включает в себя умножители комплексных сигналов 6-11, сумматоры 12, 13, блок деления комплексных сигналов 14 и исполнительный блок 15, срабатывающий, если его входной комплексный сигнал отображается в области, ограниченной заданной характеристикой. Умножители 6-8 формируют взаимные комплексные мощности по токам и напряжениям начала линии

где - комплекс, сопряженный с исходным комплексом . Умножители 9-11 формируют взаимные комплексные мощности по выходным сигналам преобразователей 4, 5

Сумматоры 12, 13 определяют взаимные трехфазные комплексные мощности двух режимов

Блок деления 14 формирует замер дистанционной защиты

Наконец, исполнительный блок 15 проверяет выполнение условия

где Wcp - область, ограниченная характеристикой срабатывания Lcp.

Теоретические основы предлагаемого способа поясняются на примере трехфазного симметричного короткого замыкания, которому отвечает двухпроводная модель электропередачи (фиг. 5), где As и Ar - активные граничные двухполюсники, моделирующие системы 2 и 3 по прямой последовательности. Верхний индекс а присвоен параметрам и величинам режима короткого замыкания в защищаемой зоне (α-режим). Верхний индекс β предусмотрен для режима короткого замыкания вне защищаемой зоны (β-режим). Модель содержит переходные сопротивления и для разных ситуаций, включенные в местах замыкания с координатами или . Токи короткого замыкания или , протекающие в переходных сопротивлениях, являются единственными источниками и аварийных составляющих соответственно α- и β-режимов. Без учета распределенной емкости напряжение в конце зоны определяется по алгоритму (1) применительно к модели по фиг. 6

В моделях чисто аварийных режимов (фиг. 7 и 8), активируемых единственным источником или , активные двухполюсники As и Ar замещены внутренними сопротивлениям и . Известны токи в начале линии или . Что же касается определения токов в конце зоны или , то они определяются однотипно, без разграничения α- и β-режимов, поскольку тип режима наблюдателю неизвестен. Без учета распределенной емкости

,

что не отвечает состоянию модели в α-режиме (фиг. 7) и отвечает в β-режиме (фиг. 8). Несоответствие α-режима модели неповрежденной линии является существенным признаком данного способа, что объясняется векторной диаграммой по фиг. 9. Токораспределение в электрической сети определяется главным образом ее индуктивными сопротивлениями, поэтому на фиг. 9 токи и изображены синфазными. То же, токи и на фиг. 10. Кроме того, учтена синфазность этих токов с напряжениями в месте замыкания - на фиг. 9 и на фиг. 10. Пунктиром показаны годографы векторов при изменении x от нуля до и далее. Как видно из фиг. 9, 10, в α-режиме напряжение , определяемое операцией (8), отстает от тока , а в β-режиме напряжение опережает ток . Что же касается пар величин , и , , то их соответствие однотипно. Следовательно, комплексные мощности и имеют принципиальное отличие: первая активно-индуктивная, а вторая - активно-емкостная, что и вводит физическое разграничение α- и β-режимов.

Предложенный способ заключается в выполнении следующих операций. Фиксируют комплексы токов и напряжений в начале линии 1 в двух режимах - предшествующем и текущем. Используют модель линии в пределах защищаемой зоны и в неповрежденном состоянии с тем, чтобы получить преобразователь 4 комплексных сигналов , в напряжение конца зоны . При наличии ответвлений применяют еще эту модель в качестве преобразователя 5 аварийных составляющих , в ток . Определяют фазные комплексные мощности (2), (3) (умножители 6-11), а далее суммарные мощности (4), (5) (сумматоры 12, 13) и затем - итоговый замер как отношение второй комплексной мощности к первой (6) (блок деления 14), на который и реагирует защита в соответствии с условием срабатывания (7) (исполнительный блок 15). Приведенные далее результаты обучения дистанционной защиты, действующей по предлагаемому способу, получены для линии электропередачи 110 кВ «Лосинка-Ленинская» (Тюменьэнерго). Модель линии (фиг. 11) включает в себя подстанции (ПС): наблюдаемую ПС Лосинка с параметрами прямой и нулевой последовательности , и ненаблюдаемую ПС Ленинская с параметрами , . Емкостная проводимость линии учитывалась. Первичные параметры прямой и нулевой последовательностей: :,, ,

Варьируемые параметры и диапазоны их изменения: , ; , ( в нормальном режиме электропередачи, который принадлежит к числу альтернативных режимов); угол передачи δ=-10°…10°.

На фиг. 12 показан результат обучения защиты на плоскости замера . Это область срабатывания Wcp в виде нормированного прямоугольника. Вариации параметров подстанций , , , не сказываются на этой области. Проверено, что данное положение остается в силе и при вариациях параметров подстанций.

Как видим, для задания характеристики срабатывания Lcp, как и для формирования замера , нет необходимости в привлечении информации о каких-либо иных частях электропередачи, кроме защищаемой зоны, а именно востребованs структура этой части линии и ее параметры. Отсюда следует вывод об универсальности замера, положенного в основу предлагаемого способа.

Источники информации

1. Патент РФ №1775787, кл. HO2H 3/40, 1991.

2. Патент РФ №2037246, кл. HO2H 3/40, HO2H 3/26, G01R 31/08, 1992.

3. Патент РФ №2066511, кл. HO2H 3/40, G01R 31/08, 1992.

4. Лямец Ю.Я., Мартынов М.В., Нудельман Г.С. и др. Обучаемая релейная защита. Ч. 1 и 2 - Электричество, 2012, №2, С. 15-19, №3, С. 12-18.

Способ дистанционной защиты линии электропередачи с использованием ее модели, согласно которому выделяют в качестве первых токов и напряжений комплексы токов и напряжений начала линии в режиме короткого замыкания, определяют в качестве вторых токов и напряжений аварийные составляющие токов и напряжений начала линии, используют модель неповрежденной линии для преобразования электрических величин начала линии в электрические величины конца защищаемой зоны в предположительно неповрежденной линии электропередачи, преобразуют в указанной модели первые токи и напряжения в третьи напряжения, а вторые токи и напряжения - в третьи токи, отличающийся тем, что определяют первую и вторую трехфазные комплексные мощности, первую определяют как взаимную мощность первых напряжений и вторых токов, а вторую как взаимную мощность третьих напряжений и третьих токов, определяют комплексный замер дистанционной защиты, являющийся входным сигналом исполнительного блока, как отношение второй комплексной мощности к первой, задают характеристику срабатывания дистанционной защиты на плоскости указанного комплексного замера, при этом вызывают срабатывание исполнительного блока, если указанный комплексный замер находится в области, ограниченной заданной характеристикой срабатывания.



 

Похожие патенты:

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - расширение функциональных возможностей способа.

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - расширение функциональных возможностей способа путем обеспечения защиты любых энергообъектов с моделями любого типа и с произвольным объемом наблюдения объекта.

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - повышение быстродействия релейной защиты.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение чувствительности дистанционной защиты.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение точности определения ортогональных составляющих гармоники периодического сигнала при обработке электрической величины с высокой частотой дискретизации.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение надежности защиты.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение устойчивости функционирования дистанционной защиты.

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - повышение точности.

Изобретение из области электроэнергетики касается построения микропроцессорной релейной защиты, а именно этапов ее обучения, задания характеристики срабатывания и функционирования в рабочем режиме.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к релейной защите магистральных и распределительных электрических сетей. .
Наверх