Способ контроля исчезновения замыкания на отключенной в цикле однофазного автоматического повторного включения фазе линии электропередачи

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и1 665ОЙГ—

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 25.11.75 (21) 2192257/24-07 с присоединением заявки ¹ (51) М. 1(л.-з

Н 02Н 3/06

Н 02Н 11/00

Государственный комитет (23) Приоритет

Совета Министров СССР по делам изобретений н открытий (43) Опубликовано 30.03.79. Бюллетень ¹ 12 (45) Дата опубликования описания 30.03.79 (53) УД1(621.316.925 (088.8) (72) Авторы изобретения

Н. Н. Беляков и В. С. Рашкес (71) Заявитель Всесоюзный научно-исследовательский институт электроэнергетики (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ИСЧЕЗНОВЕНИЯ ЗАМЫКАНИЯ

НА ОТКЛЮЧЕННОЙ В ЦИКЛЕ ОДНОФАЗНОГО

АВТОМАТИЧЕСКОГО ПОВТОРНОГО ВКЛЮЧЕНИЯ ФАЗЕ

ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Изобретение относится к области электротехники, а именно к способам и устройствам для осуществления однофазного автоматического повторного включения (ОАПВ) линий электропередачи высокого и сверхвысокого напряжения.

ОАПВ является основным средством повышения надежности энергоснабжения потребителей по таким линиям при однофазных коротких замыканиях. Эффективность

ОАПВ существенно повышается, если в бестоковую паузу ОАПВ контролировать исчезновение замыкания на отключенной фазе: тогда возможно разрешить повторное включение немедленно после исчезновения замыкания и блокировать повторное включение, если замыкание не устранилось.

Известен способ обнаружения места повреждения на линии электропередачи, основанный на посылке в линию через конденсатор высокочастотной связи зондирующих импульсов и получении их отражения от точки короткого замыкания. Этот способ может осуществляться путем многократной посылки импульсов по поврежденной фазе линии для контроля наличия короткого замыкания на линии и блокирования

ОАПВ, однако способ довольно сложен и пока с этой целью не применяется.

Известен также способ контроля исчезновения замыкания на отключенной в цикле

ОАПВ фазе линии, заключающийся в измерении напряжения отключенной фазы по крайней мере на одном конце линии и сравнении его с заранее заданным уровнем. При этом измеренное напряжение образует первое напряжение сравнения, произвольно заданный уровень второе напряжение срав10 нения, и установление исчезновения замыкания производят по достижению между сравниваемыми величинами заранее заданного соотношения. Этот способ, однако, ненадежен по следующим причинам: удаление

15 места неустранившегося замыкания от конца линии, на котором измеряется напряжение, и возможное растяжение дугового канала приводят к увеличению измеренного напряжения, что может создать ложное впе20 чатление устранившегося замыкания; напряжение, восстанавливающееся после устранения замыкания, может в зависимости от параметров линии изменяться в широких пределах.

25 Целью изобретения является повышение точности и надежности контроля, получение угла между векторами напряжений одноименных включенных фаз, упрощение для линии электропередачи с шунтирующими

30 реакторами.

655005 б ХСОВю о =- arcsin (2U

Поставленная цель достигается тем, что для формирования второго напряжения сравнения дополнительно определяют на том же конце векторы напряжения включенных фаз и угол между векторами напряжений по концам линии одноименных включенных фаз, суммируют измеренные векторы напряжения, сумму векторов умножают иа коэффициент, зависящий от указанного угла, и сдвигают на угол, пропорциональный указанному углу, а для формирования первого напряжения сравнения из напряжения отключенной фазы выделяют составляющую, совпадающую по частоте и фазе со вторым напряжением сравнения, причем величину заданного соотношения сравнения устанавливают по параметрам контролируемой линии электропередачи без замыкания. Для получения угла между векторами напряжения одноименных включенных фаз дополнительно измеряют ток одной из включенных фаз по крайней мере на одном конце линии и угол определяют по формуле где Х вЂ” реактанс линии;

U — напряжение включенной фазы линии;

I — ток включенной фазы линии; — угол между током и напряжением включенной фазы линии.

Кроме того, напряжение отключенной фазы получают, измеряя ток шунтирующего реактора этой фазы, а напряжение включенных фаз получают, измеряя токи этих фаз.

На фиг. 1 изображена схема электропередачи высокого или сверхвысокого напряжения.

Питающие шины 1 и 2 системы соединены линией электропередачи 3 через выключатели 4 и 5. На концах линии 3 могут быть установлены трехфазные группы шунтирующих реакторов 6 и 7, а в нейтралях этих групп возможна установка компенсационных реакторов 8 и 9. Шунтирующие и компенсационные реакторы устанавливают только на линиях сверхвысокого напряжения, поэтому на схеме фиг. 1 элементы 6 — 9 показаны пунктиром; их наличие или отсутствие не изменяет существа предложенного способа. По дуговому каналу 10 первоначально протекает ток короткого замыкания, а после отключения поврежденной фазы линии выключателями 4 и 5 — ток подпитки. Стрелками с буквами P, I указано направление тока (передачи мощности) по неповрежденным фазам. Для определенности дальнейших пояснений принято, что замыкание произошло на фазе А линии 3, а мощность по фазам В и С передается от шин 1 системы к шинам 2. Выключатели 4 и 5 на фазе А показаны в отключенном со5

Г

4 стоянии, что соответствует бестоковой паузе ОАПВ.

На фиг. 2 показана схема замещения электропередачи, изображенной на фиг. 1, применительно к режиму, устанавливающемуся в бестоковую паузу ОАПВ после гашения дуги подпитки 10, т. е. после исчезновения замыкания, где Еы, Е>а и Е с — векторы напряжения на питающих шинах 1 системы соответственно для фаз Л, В и С;

Е», Е и К с — то же на питающих шинах 2; U», U» — напряжение на отключенной фазе линии 3 по ее концам;

С, — емкость фазы линии 3 на землю, Cm — емкость между фазами линии; X>.,— индуктивное сопротивление линии в прямой последовательности; Х л — индуктивное сопротивление в общем проводе схемы замещения, воспроизводящее взаимоиндукцию между фазами линии 3. Такая П-образная схема замещения линии общеупотребительна для процессов, происходящих на промышленной частоте. В случае установки на линии шунтирующих и компенсационных реакторов 6 — 9 в схему замещения вводятся также индуктивные сопротивления Х„„ эквивалентные влиянию компенсационного реактора на междуфазовые связи, и индуктивные сопротивления Х„эквивалентные влиянию шунтирующего и компенсационного реакторов на связь фазы с землей.

На схеме фиг. 2 индуктивные сопротивления, создаваемые шунтирующими и компенсационными реакторами, показаны одинаковыми для обоих концов линии, что оптимально для линии СВН. Однако это условие не является обязательным (неодинаковость индуктивных сопротивлений по концам линии приводит только к количественному изменению рассматриваемых далее коэффициентов пропорциональности для электромагнитной составляющей напряжения). Для упрощения па фиг. 2 не показаны цепи емкостей на землю и реакторов для неповрежденных фаз линии. Эти цепи, полностью аналогичные цепям поврежденной фазы, практически не оказывают влияния на осуществление предлагаемого способа.

На фиг. 3 представлена векторная диаграмма напряжений и токов установившегося режима в схеме фиг. 2, В процессе горения дуги подпитки, т. е. при наличии замыкания (фиг. 1) на отключенной в цикле ОАПВ фазе линии, установившееся на этой фазе напряжение отличается от напряжения, устанавливающегося после угасания дуги подпитки, т. е. после исчезновения замыкания. Это различие используется в предлагаемом способе. Напряжение, установившееся на отключенной в бестоковую паузу ОАПВ фазе линии после исчезновения замыкания (U и U» на фиг. 2), может быть представлено в виде векторной суммы двух взаимно перпендику655005

- мл

Ко

0,5Л«л -)- Yмл (4) лярных составляющих, электростатической

U, и электромагнитной U„. На обоих концах линии электростатические составляющие одинаковы, а электромагнитные составляющие равны по величине и противоположны по направлению

U«g -- Uý - м Ugg — Uý,+ U„(1) Для обозначений, принятых на фиг. 2, имеем с- о: — К (1 1в + 1 «c) соя — е

К, (Е2в + Е с) cos — e (2) ; С(—,— — с)

I-Iм = К (i .«в + F«ñ) sin — "е

; I(-") .:: Ко (I .2Â+ 1 2С) si«« e ) (3)

2 где К1 и K> — коэффициенты пропорциональности, определяемые параметрами данной электропередачи без замыкания и равные

К, =

С 1

Со + 2Ссо Со -и 3Cсо б — угол между векторами напряжений питающих шин Е и Е (Š— — Е«е-"), определяемый по общеизвестным соотношениям, передаваемой по линии мощностью или пропорциональным ей током неповрежденных фаз линии (1в+1с). Заметим, что поскольку поврежденная фаза линии отключена, сумма 1в+4 равна тройному току нулевой последовательности линии (1в+

+1с — — 3I,) . Отметим так«ке, что принятое условие IE I = IE«l всегда соблюдается в электропередачах СВН. Как показывает анализ, неоольшое различие модулей F ««

Еь возможное в передачах более низких напряжений, мало сказывается на точности предлагаемого способа.

К =.: степень поперечной компенсоСоЛо сации емкости линии реакторами. При отсутствии на линии шунтирующих реакторов к,=о.

Формула (4) справедлива при отсутствии на линии компенсационных реакторов 8 и

9. При их наличии в этой формуле вместо

С следует подставить C,„— соЛ „, . Отметим, что при неодинаковых индуктивных сопротивлениях реакторов (6 и 7, 8

I0

Зо

G0

65 и 9 на фиг. 1), установленных по концам линии электропередачи СВН, векторы электромагнитной составляющей, оставшись перпендикулярными вектору электростатической составляющей и противоположно направленными по концам линии, будут численно неодинаковы для обоих концов; но и в этом случае их значения будут однозначно связаны с параметрами линии электропередачи.

Таким образом, после исчезновения повреждения на отключенной фазе, вынужденное напряжение ««а обоих ес концах (Гл, U ë) содержит по две взаимоперпсндикулярных составляющих, прямо пропорциональных векторной сумме напряжений неповрежденных фаз. Амплитуда этих составляющих изменяется в зависимости от тока линии (величины передаваемой по линии о мощности), будучи пропорциональна со,—

2 п и в«п —, а угол их поворота относительно

2 упомянутой векторной суммы также определяется током линии (передаваемой мощностью), составляя в соответствии с фор п —.. о мулами (2) и (3) — и — -- - —. Взаимное

2 2 2 расположение векторов установившихся напряжен и U U пх электростатической и электромагнитной составляющих U, 1 .„, а также векторов напряжений неповрежденных фаз Е1в, Eic, Е в и Е2с, вытекающее из схемы на фиг. 2 и формул (2) и (3), показано на фиг. 3. При построении токов на фиг, 3 учтено, что токи неповрежденных фаз сдвинуты относительно напряжений о этих фаз на угол —, соответственно сумма

2 токов 1в+1с (или тройной ток нулевой последовательности линии 31,) совпадает по направлению с вектором U;,. Отметим, что при перекомпенсацип линии по нулевой последовательности вектор U,, окажется повернут на 180 по срав«:ен«««о с изображением ца фиг. 3.

Указанные в формулах (2) и (3) соотношения, справедливы только пои отсутствии замыкания на отключенной фазе, поэтому срагнение У1,, илп (и) U.., соответственно с Е1л+Е«с илп с E»+E e может быть использовано в целях контроля наличия и исчезновения замыкания. Если соотношение формул (2) и (3) прп таком сравнении не выполняется, на фазе А имеется замыкание; если это соотношение выполняется — значит, замыкание устранилось.

В соответствии с изложенной теоретической основой предлагаемый способ контроля заключается в выполнении следующих операций.

655005

i. Измеряют напряжения отключенной фазы линии по крайней мере на одном ес конце. Эта операция, необходимая для дальнейшего сформирования первого напряжения сравнения, совпадает с прототипом.

2. Измеряют на том же конце линии векторов напряжений включенных фаз. Напряжения этих фаз практически не содержат переходных составляющих и являются векторами промышленной частоты.

3. Определяют угол б между векторами напряжений по концам линии для одноименных включенных фаз.

4. Суммируют векторы напряжений включенных фаз.

5. Умножают сумму векторов напряжения на коэффициент, зависящий от угла о о о, — коэффициент, равный cos — или sin — .

2 2

6. Сдвигают умноженную сумму векторов на угол, зависящий от угла б. После этого сдвига на угол +- — 1 лиоо — - — ) умно2, 2 2) женная и сдвинутая сумма оказывается лсжащей по оси, на которой должна располагаться электростатическая составляющая

U> (либо электромагнитная составляющая

U ). Эти направления выделены на фиг. 3 штрих-пунктирными линиями. Выполнение операций 2 — 6 приводит к образованию второго напряжения сравнения.

7. Выделяют из напряжения отключенной фазы линии вектора той же частоты, что и второе напряжение сравнения (исключают из напряжения отключенной фазы возможную свободную составляющую и выделяют вынужденное напряжение U>, или U .

8. Находят составляющую этого вектора, которая совпадает по фазе со вторым напряжением сравнения. При отсутствии замыкания эта составляющая должна равняться U, или У„, (в зависимости от сформированного второго напряжения сравнения). Выполнение операций 1, 7 и 8 приводит к образованию первого напряжения сравнения.

9. Сравнивают первое и второе напряжения сравнения.

10. Устанавливают исчезновение замыкания по достижении между сравниваемыми величинами заранее заданного соотношения, определенного по параметрам контролируемой линии электропередачи без замыкания (если замыкание устранено, соотношение между сравниваемыми величинами равно соответственно К1 для U, и Кг для м)

Заметим, что рассматриваемая последовательность операций допускает некоторые перестановки без изменения существа предлагаемого способа. Например, операция 5 может быть выполнена до операции 4 (Е в+Ек) или (Егв+Егс) на каждом из слагаемых отдельно, операция 3 — после операции 4 и т. д.

При выполнении операции 3 может быть использован любой известный способ измерения угла, например, его телепередача.

Наиболее удобно для определения угла выполнить дополнительное измерение тока одной из включенных фаз на том же конце линии, где измеряют напряжение, после чего угол 6 можно определить по формуле

8 -- 2агсз1п " Л, (5)

2U глс Х=-Х,,— рсактанс линии в прямой последовательности;

U — напряжение включенной фазы

2() линии (Е в, Eic или Егв, Егс);

1 — ток включенной фазы (соответственно Ув или 1с); р — угол между током и напряжением включенной фазы линии.

Возможно также после измерения тока одной из включенных фаз определить угол б пз простого соотношения о =2р (5а)

Использование измерения тока для определения угла позволяет исключить необходимость обмена информацией между концами линии.

Можно предложить также следующие упрощения рассматриваемого способа.

С точностью, определяемой падением напряжения на внутреннем сопротивлениями питающей системы от тока неповрежденных фаз (1в и 1с на фиг. 1 и 2), векторная сум40 ма напряжений неповрежденных фаз линии равна взятому с обратным знаком напряжению со стороны питающих шин для отключенной фазы

1 1В + Е1С: Е1А, Е2В + Егс: — Е2А °

Замена суммы векторов неповрежденных фаз линии вектором напряжения со стороны питающих шин для отключенной фазы позволяет исключить суммирование, т. е. операцию 4. Производить замену знака напряжения при этом не обязательно, достаточпо просто учесть изменение знака в конечной операции 10: Допустимость замены определяется величиной реактанса питаю55 щей системы, практически она может быть осуществлена в большинстве электропередач.

При осуществлении контроля по электростатической составляющей U„можно также

60 использовать для упрощения то обстоятельство, что в электропередачах, особенно при неполной загрузке их мощностью, угол б сравнительно невелик (как правило, он не о

В превышает 30 ). Поэтому обычно cos — ма65 2

655005

10 их реакторов, сохранив свою взаимную перпендикулярность, станут попарно неодинаковыми, но и в этом случае пх значения будут однозначно связаны с параметрами электропередачи.

Взаимное расположение векторов установившихся напряжений и токов, соответствующее фиг. 2 и формулам (7) и (8), приведено на фиг. 3.

Из формулы (7) видно, что величина электростатической составляющей тока шунтирующего реактора на отключенной фазе определяется величинами напряжения на неповрежденных фазах и тока в них; поэтому контроль наличия замыкания на отключенной фазе по электростатической составляющей тока реактора требует измерения напряжения и тока и выполнения тех же операций, что предусматривает приведенное выше описание контроля IIQ напряжению. Зато электромагнитная составляющая тока шунтирующего реактора в соответствии с формулой (8) определяется тольIiG с.ммo!! токов неповрежденных фаз линии (тройным током нулевой последовательности линии), что позволяет, используя для целей контроля составляющу!о I,„, ограничиться измерением только тока и существенно упростить способ контроля, исключив ряд операций.

В последнем случае второе напряжение сравнения получают из токов включенных фаз, первое напряжение сравнения — из тока шунтирующего реактора отключенной фазы, а исчезновение замыкания устанавливают по достижению между сравниваемыми величинами отношения, равного К„ (+К, для начала линии, где измеряется ток

1Р!., или — К, для конца линии, где измеряется ток Iaz. ).

Рассматриваемый способ контроля может быть легко реализован на известных элементах устройств релейной защиты, автоматики и вычислительной техники, а положенный в основу способа принцип сравнения позволяет выполнить его чувствительным и точным. Коэффициенты К!, ... Ar, могут быть рассчитаны либо определены из эксперимента.

Предлагаемый способ может быть применен в линиях электропередачи высокого и сверхвысокого напряжения независимо от наличия на них шунтирующих и компенсационных реакторов, поэтому использование его рекомендуется во всех случаях, когда в электропередаче предусмотрено осуществление ОАПВ. Для практического осуществления способа на линиях с шунтирующими реакторами нужно, чтобы частота свободных колебаний отличалась от 50 Гц не менее, чем на 3 — 5 Гц. Этому условию удовлетворяют почти все линии СВН.

При осуществлении контроля по напряжению целесообразно для повышения чувэ + I„; 1Р2Л вЂ” — э м (б) — (— "-! — )

I =- K (- в + 1 !с) сов — е

2 ю

: K (E» + 1 .2с) cos — e °; (?)

2 м К4 (1В+ Ic); к, с

Хэ Сэ + 2С,„С,+ЗС

С,+2С (8

К Хул

2Хо (9)

Поскольку фаза А линии отключена, сумма токов двух неповрежденных фаз равна тройному току нулевой последовательности линии (la+Ic=3IO) ..

Отметим, что формула (9), как и формула (4), справедлива при отсутствии на линии компенсационных реакторов 8 и 9; при их установке в формуле (9) вместо С, сле1 дует подставить C — 60 >ï

При неодинаковых индуктивных сопротивлениях реакторов по концам линии (6 и

7, 8 и 9 на фиг. 1) электростатические и электромагнитные составляющие токов обо- 65 ло отличается от единицы, а направление оси U повернуто на малый угол относительно суммы (Ев+Ес). При осуществлении контроля по электростатической составляющей во многих случаях возможно опустить операции 5 и 6 и непосредственно сравнивать (Ев+Ео) и составля!ощу!о U,, направленную по оси (Ea+Ec).

На линиях электропередачи сверхвысокого напряжения с шунтирующими реакторами возможно применить еще одну модификаци!о предлагаемого способа. Выше было указано, что вынужденное напряжение па отключенной в цикле ОАПВ фазе линии !Б зависит от наличия на ней замыкания.

Естественно, что он наличия замыкания будет зависеть и вынужденный ток через шунтирующий реактор отключенной фазы, который пропорционален этому напряжению.

Вынужденную составляющую тока чсрсз шунтирующие реакторы отключенной фазы после исчезновения замыкания (1! !д, Ip на фиг. 2) можно также представить в ви26 де векторной суммы двух взаимно перпендикулярных составляющих, электростатической 1, и электромагнитной 1„. Векторы электростатической составляющей тока для обоих шунтирующих реакторов одинаковы и по величине и по направлению, а векторы электромагнитной составляющей равны по величине и противоположны по направлению

655005

12 ствительности способа сочетать в исполняемых на его основе устройствах проверку исчезновения повреждения по обеим составляющим напряжения отключенной фазы

5 линии и по U, и по U. Осуществление контроля по току позволяет не только упростить устройство контроля, но и применить его на линиях электропередачи СВН, не имеющих собственных трансформаторов напряжения.

Формула изобретения

1. Способ контроля исчезновения замыкания на отключенной в цикле однофазного автоматического повторного включения фазе линии электропередачи путем формирования первого напряжения сравнения из напряжения отключенной фазы по крайней мере одного конца линии, сравнения его по величине со вторым напряжением сравнения и установления исчезновения замыкания по достижению между сравниваемыми величинами заранее заданного соотношения, отличающийся тем, что, с цслью повышения точности и надежности контроля, для формирования второго напряжения сравнения дополнительно определяют на том же конце линии векторы напряжений включенных фаз и угол между векторами напряжений по концам линии одноименных включенных фаз, суммируют измеренные векторы напряжения, сумму векторов умножают на коэффициент, зависящий от указанного угла, и сдвигают на угол, пропорциональный указанному углу, а для формирования первого напряжения сравнения из напряжения отключенной фазы выделяют составляющую, совпадающую по частоте и фазе со вторым напряжением сравнения, причем величину заданного соотношения сравнения устанавливают по параметрам контролируемой линии электропередачи без замыкания.

2 Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью получения угла между векторами напряжений одноименных включенных фаз, дополнительно измеряют ток одной из включенных фаз по крайней мере па одном конце линии и угол определяют по формуле

Г Хсоя °

6: 2arcsin (1

2(/ где Х вЂ” реактанс линии;

U — напряжение включенной фазы линии;

I — ток включенной фазы линии; р — угол между током и на:-:ряженисм включенной фазы линии.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью его упрощения для линии электропередачи с шунтирующими реакторами, напряжение отключенной фазы получают, измеряя ток шунтирующего реактора этой фазы, а напряжение включенных фаз получают, измеряя токи этих фаз.

655005 (г!

Р ф

1в То 31о

Ф((г 2

Q( (EM y/

EzA

E(â с

Ъ|в -г 1- (8

2в 2с 3.Го

Фиг.3

Составитель А. Обух

Техред А. Камышникова

Корректоры; A. Галахова и T. Добровольская

Редактор В. Левятов

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ ЮЗ/9 Изд. № 23O Тираж 865 Подписное

НПО «Поиск> Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5