Устройство для дистанционной защиты линии электропередачи

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН И Я

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Iii)752594

Союз Советских

Соцналнстнческнх

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ьу— (22) Заявлено 22.07.77 (21) 2509593/24-07 с присоединением заявки— (23) Приоритет— (43) Опубликовано 30.07.80. Бюллетень № 28 (45) Дата опубликования описания 30.09.80 (51) М К i.з Н 02 H 3!38

Государственный комнтет (53) УДК 621.316.925 (088.8) llo делам изобретений н открытий (72) Авторы изобретения

В, К. Ванин и А. А. Егонский (71) Заявитель Ленинградский ордена Ленина политехнический институт имени М. И. Калинина (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОЙ ЗАЩИТЫ

Л И Н И И ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

1 2

Изобретение относится к автоматизации энергетических систем и может быть использован о для защиты ЛЭП и в других схемах а вто м ати ки.

Известен ряд дистанционных устройств для за щиты ЛЭП (1), которые не измеряют фиктивное сопротивление, а срабатывают при к. з., в контролируемой ими зоне и не срабатывают прои к з. вне,ее и не могут

° применяться для фиксации места поврежде- 10 ния.

Известно также устройство, предназначенное для определения места повреждения на линии электропередачи, основанное на замере модуля полного сопротивления ли ни|и, содержащее трансформаторы, промежуточные трансформаторы напряжения, пусковые органы в виде трех реле сопротивления, блок коммутации, блок регистрации т результатов измерения, измерительный орган, содержащий модель линии, раздеЛенную на и учаслков IB и схем сравнения (2).

Таким образом, устройство содержит и дистанционных реле сопротивления. Уставки каждого реле из этого ряда последователь1 но увеличиваются на — сопротивления лиl нии. Результат измерения выделяется в виде гравиц поврежденного участка. Каждое З1 реле управляет своим тиратронам, а шкала устройства представляет ряд тиратронов, под которыми нанесены цифры расстояний в километрах до соответствующих точек на линии. При к. з загорается та часть этого ряда, которая соответствует расстоянию от точки к. з. до противоположного конца линии. Разделение модели на и участков, производство переключений в цепях устройства, применение и схем сравнения, пусковых органов, блока регистрации, выполненного на тиратронах, свидетельствует о сложности устройства и отсутствии унификации узлов, что затрудняет его производство, наладку и эксплуатацию. Точность определения места повреждения зависит от числа участков модели, увеличение которого усложняет уст ройство и увеличивает его габариты.

Известна устройство для контроля полного сопротивления электрических систем, содержащее преобразователи ток — напряжение и напряжение — напряжение, два прецизионных блока формирования абсолютных значений электрических величин, инвертор, блок для деления, блок задания уставки и блок сравнения (3).

Устройство выполнено на операционных усилителях, имеет широкие функциональные возможности (4), характеризуется правильной работой при подаче на епо вход строго

752594 синусоидальных сигналов с частотой 50 Гц.

Для отстройки от свободных составляющих

1могут быть использованы полосовые фильтры либо осуществлена отстройка по времени. И тот и другой способы приводят к уве личению времени срабатывания. Также следует отметить ненаправленное действие устройства

Известно также быстродействующее устройство для за щиты ЛЭП с.использованием модели защищаемой линии, основанное на формировании двух электрических величин и последующем их сравнении, построенное на операционных усилителях (5).

Последнее из известных устройств является наиболее близким к предлагаемому по технической сущности.

Это устройство содержит трансформатор тока, (ТТ) с преобразователем ток — напряжение на его выходе, к которому подключен блок для воспроизведения входного сопротивления короткого за мыкания ЛЭП (названный в прототипе модель ЛЭП), под ключенный к первому входу блока сравнения, состоящему из прецизионного однополупериодного выпрямителя, один из выходов которого через один из входов сумматора подключен к входу компаратора, а через инвертор и электронный ключ ко второму входу блока для сравнения, трансфор матор напряжения (ТН) с преобразователем напряжение — напряжение на его выходе, который подключен одновременно к третьему входу сумматора, к первому входу дополнительнопо сумматора, входящего вместе с колебательным звеноМ в состав формирователя коммутирующего сигнала, и к входу прецизионнопо однополупериодно го выпрямителя, другой выход .которого че- .,рез колебательное, звено подключен к второму входу дополнительного сумматора, подключенного своим выходом к управляющему входу электронного ключа, а блок для смещения подключен ко второму входу компаратора.

Достоинством устройства является правильная работа при переходных процессах, сопровождающихся появлением свободных составляющих, что обеспечивается благодаря наличию в устройстве более совершенной модели защищаемой линии. Полагая некоl торые элементы модели равными нулю, легко получить модель короткой линии (т. е. без учета распределенной емкости).

Наличие инвертора и электронного ключа,. управляемого с выхода формирователя коммутирующего. сигнала, позволяет реализовать в блоке сравнения следующее выражение:

k бс = (U„sign Uë+ Uël) У 1 (1)

p+ чем обеспечивается направленное действие устройства, 10

Причем b, — напряжение на выходе блока сравнения:

U„ — напряжение на выходе блока для моделирования за щищаемой линии (модели

ЛЭП);

U, — напряжение на выходе пре-, образователя напряжение— напряжение;

Т вЂ” постоянная времени блока сравнения.

Устройство может иметь быстродействие до 10 мс. Наряду с отмеченными выше достоинствами устройство имеет следующие недостатки: не является мнОпоступенчатым, по принципу построения не отстроено от качаний, не позволяет точно фиксировать место повреждения.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей, т е. фиксация места повреждения и отстройка от качаний.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для дистанционной защиты линии электропередачи, содержащее преобразователь ток — напряжение, подключенный к входу блока модели линии электропередачи, преобразователь напряжение — напряжение, подключенный к первому

30 входу блока сравнения непосредственно, а через первый вход формирователя коммутирующего сигнала к управляющему входу блока сравнения, первый выход которого подключен к второму входу формирователя

З5 коммутирующего сигнала, и исполнительный блок, выполненный на компараторе, введены блок с управляемым коэффициентом передачи, блок отстройки от качаний, форми рователь управляющего сигнала и регист40 рирующий прибор, а в исполнительный блок введен регистративный компаратор, причем выход блока модели подключен через блок с управляемым коэффициентом передачи к второму выходу блока сравнения, 45 второй выход которого подключен через формирователь управляющего сигнала к управляющему входу блока с управляемым коэффициентом передачи, ы регистрирующему прибору и ко входу компаратора,испол-. нительного блока выход компаратора соединен с первым входом регенеративного компаратора, второй вход которого подклю чен к выходу блока отстройки от качаний, вход которого соединен с,выходом блока

55 сравнения, при этом выход регенерат ивного компаратора является выходом исполнительного блока.

Преобразователи. ток — напряжение и напряжение — напряжение могут быть вы60 полнены на пассивных либо на активных элементах, остальные элементы могут быть выполнены на операционных усилителях, в частности,, интегрального исполнения либо в виде большой интегральной схемы (БИС).

На фиг. 1 приведена схема устройства.

7525S4

Устройство состоит из преобразователей ток — напряжение 1 и напряжение — напряжение 2, блока модели ЛЭП (блбка для воспроизведения входного сопротивления к. з.

ЛЭП) 3, формирователя коммутирующего сигнала 4, блака с управляемым коэффициентом передачи (БУ), ностроенного, например, на базе множительного устройства (МУ) 5, блок сравнения (БС) 6, формирователь управляющего сигнала 7, блок для отстройки от качаний (БК) 8, регистрирую ший блок 9, исполнительный блок (ИБ) l0.

Формирователь управляющего сигнала (ФУС) 7 содержит интегратор 11 и сумматор 12. Блок для отстройк)и от качаний выполнен на базе регенеративного компаратора 18. Исполнительнь(й блок состоит из номпаратора 14 и регенеративного иомпаратора 15.

Схема замещения линии электроп ередачи состоит из сосредоточенных сопротив:ления 16 и индуктивности 17.

На чертеже также показаны управляющий вход 18 БУ 5, первый вход 19 БУ 5, первый вход 20 ФКС 4, второй вход 21 ФКС

4, второй вход 22 БС 6, управляющ(ий вход

23 БС 6, первый вход 24 BC 6, первый вход

25 БС б; второй вход 26 БС б, первый вход

27 исполнительного блока 10, второй вход

28 ИБ 10.

На фиг. 2, а — г приведены временные диаграммы напряжений на выходе отдельных блоков устройства в отключенном состоянии и при холостом ходе защищаемой линии в нормальном режиме работы при номинальной нагрузке, прои коротком замыкании и цри качаниях.

Работает устройство следующим образом.

Напряжение с выхода преобразователя ток — напряжение 1, пропорциональное току защищаемой линии, поступает на вход блока модели ЛЭП 8. Напряжение с выхода блока 8 поступает на вход множительного устройства 5, сигнал на выходе которого формируется по следующему выражению: . бу (! 1ч > (2) где Уб — напряжен(ие на выходе блока 5;

U„ — напряжение на выходе модели

ЛЭП 8;

k) = t (Uypp): k>Uypp> причем kp — — const, Uy.ð — напряжение управления, поступающего с выхода формирователя управляемого сигнала 7 на управляющий вход БУ 5.

Напряжение U(; поступает на второй вход блока сравнения б, на первый вход которого поступает напряжение U с выхода преобразователя напряжение — напряжение 2. Под воздействием коммутирующего сигнала, формируемого в блоке 4, на выходе блока сравнения 6 вырабатывается напряжение по выражению, аналопичному (1).

k 1бс — (U()ysign Uë, tUë ), ° (3) р

Напряжение U б, поступает на вход регенеративного компаратора 18 и на вход формирователя управляющего сигнала 7. PereHep а ти вн ый к>ом и а р атор 13 осуществляет отстройку от качаний и сигнал с его выхода поступает на второй вход исполнительного блока 10. Выражение для определения напряжения Uy формируемого в форм|ирователе 7 c помощью интегратора ll и сумматора 12, имеет вид

Uynp — Есч ) (1бс т !

5 где Т вЂ” постоянная времени 11;

Е „, — напряжение смещ ения, поступающее на сумматор 12 и равное 10 В.

Напряжение Uy„p ïîñòóïàåò на управляющий вход БУ 5, на первый вход исполнительного блока 10 и на регистрирующий блок 9. К первому входу ИБ 10 под25 ключен компаратор 14, на котором задается установка на срабатывание устройства.

Сигналы с выхода компаратора 14 и БК 8 поступают на регенеративный компаратор

15, являющийся одновременно элементом И.

Для обеспечения многоступенчатости необходима установка в исполнительном бло ке 10 требуемого числа компараторов 14 с заданием на них соответствующих уставок и регенеративных компараторов 15, как это показано пунктиром на фиг. 1.

При к. 3. на за(щищаемой линии ее входное сопротивление в операторной форме выразим через удельные параметры r,, и

40 1 г(р), R„, —. pL»: (>ол pL0è) ."»> (5) где — расстояние до места к. з.

45, В этом случае входное сопротивление

ЛЭП, согласованное по параметрам с защищаемой линией в операторной форме выразим, как

z(p) = <(p).. =>(p). >(р4=(г. + Ф .И» (7) В простейшем случае при к. з на линии запишем в операторной форме следующие

Ы z(p) = R + Р1-и = (ои + Р)-о» ) !„> (6)

НффДТ ». ->

Причем r „=r,„è L„=L,„è, следовательно, Т», = Т„„.

Таким образом,,из выражения (6) вход55 ное сопротивление модели ЛЭП (или передаточную функцию модели ЛЭП) z p),, =1» (р), можно представить как произведение двух передаточных функций W(n).—

=r,„+pE,„, реализуемой в блоке 8, и

6О К(р), =!„, реализуемой в блоке 5, 752594

8 выражения для напряжения в месте установки устройства U(p)n и на выходе модели

ЛЭП У(р)«

U(p)л — l(p)n(»on Р on) к ол х л,< )

1 <./ 1

U(p)n< —— 1(р)л(».. + Р1-п.;)1, — Lo, « ° In

l„

11(р)п — < 1(р)л. х (9) При к. з. на линии сч)итаем U(ргл и l,. заданными и, управляя изменением W(p)n=l„, добиваемся выравнивания условия l„= l чему со<ответствует определенное значение величины управляющего сигнала Uy„ð, по которой определяем расстояние до места повреждения и регистрируем блоком 9, а

<исполнительным блоком 10 обеспечивается отключение защищаемой линии.

Рассмотрим характерные режимы рабо ты защищаемой линии.

При отключенном линейном выключателе и в режиме работы на холостом ходу ток в линии равен нулю, соответственно

U„=0 и по выражению (2) Uzy =О. Напряжен)ие на выходе преобразователя 2 соответствует номинальному значению U„и поступает на блок сравнения (БС) и формирователь коммутирующего сигнала (ФКС). При этом по выражению (3), напряжение на выходе БС равно выпрямленному и сглаженному напряжению U,. Управляющий сигнал U ð на выходе форми рователя управляю<щего сигнала (ФУС) равен. по выражению (4) своему максимальному значению. Пр)и положительном U; è максимальном Oу,р напряжения на выходе исполнительного блока (ИБ) нет, а регистрирующий блок <отмечает: линия отключена или работает в режиме холостого хода.

Временные диаграммы напряжений на выходе отдельных блоков приведены на фиг. 2, а.

Пусть линия с холостого, хода переводится под нагрузку. Пр)и некотором значе. нии 1„,„р (допустим, 0,1 1п,„) напряжение

Уб„превышает по амплитуде Un, т. е.

lU6yl ) У, . Напряжение на выходе БС сменит знак на противоположный, вслед

1 ствие чего У „р — — Е„,+ — U«уменьт шается. С уменьшением Uyrrp изменяет свое значение и kI. Учитывая, что набор нагрузки еще не закончен, изменение U np и k, пр(одолжается до того момента, когда

1„,р достигнет заданного значения (допустим, 1„„,). В этот момент установится равенство между напряжениями fU<;y = l О, I на выходе блока для сравнения U«=0, а UyÄ, ум<еньшится до нового установившегося значения, соответствующего номинальной нагрузке и зарегистрированного прибором 9.

1О

Зо

Напряжения U«z U „не достигают значений уставок, заданных на регенеративном компараторе 18 и <компараторе 14, вследств(ие чего сигнал на отключение в исполнительном блоке не вырабатывается. Вре менные диаграммы напряжений на выходе отдельных блоков при номинальной нагрузке приведены на фиг. 2, б.

При к. з. на защищаемой линии ток в линии увеличивается, соответственно растут

У„и Uoy Отрицательное Uq, превышает значение уставкв на компараторе 14. На выходе исполнительного блока появляется сигнал на отключение защищаемой линии.

Установившееся значение >гпр соответствует расстоянию до места повреждения и регистрируется прибором 9. Временные д)ио граммы напряжения на выходе отдельных блоков при к. з. на линии приведены на фиг. 2, в.

При качаниях напряжения на выходе блока сравнения U«и формирователя управляющего сигнала U ð из,меняются, как показано на фиг. 2, г; Амплитуда колебаний U(; не превышает значения уставки, заданной в блоке для отстройки от качаний 8, и хотя U,,ð достигает значений, меньш<их устав)ки, заданной в исполнительном блоке 10, срабатывания устройства не происходит. Блок 9 регистрирует изменения Uynp>

< приведенные на фиг. 2, г.

Применяя модели различных элементов электроэнергетических систем, получаем быстродействую<щее устройство для их защиты.

Рассматривая случаи перехода однофазного к. з. в многофазное в электрических сетях, оборудованных предлагаемыми устройствами, необходимо отметить их надежное и селективное действие. При установке на соседней линии типовой защиты, с пуском по признаку появления несимметрии, из-за вывода из действ)ия ее ступеней, действующих с блокировкой от качания, в некоторых случаях перехода однофазного. к. з. в многофазные возможна неселективная работа предлагаемого устройства, что устраняется согласованием по времени соответствующих ступеней разнотипных защит, осуществляемым в логической части защит, либо введением в логическую часть предлагаемого устройства дополнительных элементов, производящих на основе анализа значений управляющего напряжения

U âûâîä из действия второй ступени при к. з. на соседней, линии, а при к. з. на защищаемой ЛЭП разрешение ее работы.

Использование новых блоков: блока с управляющим коэффициентом передачи, блока для остройии от качаний, формирователя управляющего сигнала — выполнение исполнительного блока выгодно отличает предлагаемое устройство для защиты линии электропередачи от указанного про752594 тотипа, так как существенно расширяет функциональные возможности и повышает надежность работы. Производство предлагаемого устройства,в виде БИС позволяет повысить его,технологичность, упростить наладку и эксплуатацию.

В результате лабораторных испытаний макета изобретения получено быстродействие по 3 зонам (без учета выдержки времени, задаваемой или 2 и 3 зоны) не дбльше 10 мс.

Формула изобретения

Устройство для дистанционной защиты линии электропередачи, содержащее преобразователь ток — напряжение, подключенный ко входу блока модели, преобразователь напряжение — напряжение, подключенный к первому входу блока сравнения непосредственно, а через первый вход формирователя коммутирующего сигнала к управляющему входу блока сравнения, первый выход которого подключен к второму входу формирователя коммутирующего сигнала, и исполнительный блок, выполнен ный на компараторе, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем фиксации места повреждения и повышения надежности работы путем отстройки от качаний, в него введены блок с управляемым коэффициентом передачи, блок отстройки от качаний, формирователь управляющего сигнала и

10 регистрирующий блок, а в исполнительный блок введен регенеративный компаратор, причем выход блока Модели подключен через первый вход блока с управляемым коэффициентом передачи ко второму входу блока сравнения, второй выход которого подключен через формирователь управляющего сигнала к управляющему входу блока с управляемым коэффициентом передачи, к

10 регистрирующему блоку и ко входу,компаратора исполнительного блока, выход компаратора соединен с первым входом регенеративного компоратора, второй вход которого подключен к выходу блока отстройки

1о от качаний, вход которого соединен с выходом блока сравнения, при этом выход регенеративного компаратора является выходом исполнительного блока

20 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Федосеев А. М. Релейная защита электрических систем. М., «Энергия», 1976, с. 228, 246.

25 - 2. Авторское свидетельство СССР

¹ 230296, кл. Н 02 Н 3/38, 1968.

3 Авторское свидетельство СССР № 473124, кл. Н 02 Н 3/38, 1975.

4. Бондаревский Л, В., Пеклер В. Н.

К вопросу о схемах дистанционных защит с непрерывными датчиками сопротивления. — «Электричество», 1968, ¹ 1.

5. Авторское свидетельство по заявке № 2311566/24-07, кл Н 02 Н 3/38, 12.01.76.

752594, йп/ /Urrr ï

«<

Urr г. c>

err =0 с,п

V р

1 иБ

/ ч l (п г

Уп б / — .7уг=а — „

УБу ггРБк lcm Бн оупп нги йуаР m«c

/ и улр

Urrrc =У

l Б

«Ггг.

Ur rr

У14 -0 и!Б

vis=g . с

Фиг. 2

Составитель В. Молчанов

Редактор В. Левятов Техред А. -Камышникова Корректоры И. Осиновская и С. Файн

Заказ 1237/1270 "Изд. № 467 Тираж 698 Подписное

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

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

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент»