Устройство для контроля отсутствия замыкания на отключенной в цикле однофазного автоматического повторного включения фазе линии электропередачи

 

с °,.

Н. Н. Беляков, О. П. Панчишко, В. С. Рашкес, В.М.С релков, К. В. Хоециан и Г.Г. Якубсон

1 ! ..... (1

Всесоюзный научнь-исследовательский институт электроэнергетики (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (5 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ОТСУТСТВИЯ ЗАМЫКАНИЯ

НА ОТКЛЮЧЕННОЙ В ЦИКЛЕ ОДНОФАЗНОГО АВТОМАТИЧЕСКОГО

ПОВТОРНОГО ВКЛЮЧЕНИЯ ФАЗЕ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Изобретение относится к электротехнике, более конкретно — к устройствам для осуществления однофазного автоматического повторного включения (OAlIB) линий электропередач высокого напряжения.

Известен ряд технических решений по контролю состояния отключенной в цикле ОАПВ фазы линии, например посылка в линию через устройство присоединения специальных зондирующих импульсов (1), контроль путем измерения на» пряження на конце отключенной фазы линии (2). Однако по ряду причин они в настоящее время не применяются. Так, устройство (1 ) требует относительно сложной аппаратуры, а устройство (2 ) работает неселективно при наличии шунтирующих реакторов на линии вследствие значительного диапазона изменения величины наведенного напряжения и влияния

20 токов нагрузки.

Известен также способ контроля исчезновения замыкания на отключенной в цикле ОАПВ фазе линии электропередачи, основанный на сравнении двух электрических сигналов: одного — формируемого из напряжения (или тока) шунтирующего реактора отключенной фазы линии на промышленной частоте, а другого — формиру емого из напряжений и токов (или только из токов) двух включенных фаз линии.

Согласно (2 ) формируют одну из со=ставляющих напряжения, наведенных на отключенную фазу за счет электростат ьческой или электромагнитной связи этой фазы с неотключенными фазами, и сравнивают ее с проекцией на нее напряжения указанной фазы. Критерием устранения замыкания является достижение сравниваемыми сигналами заданного соотношения, свойственного им при отсутствии замыкания на отключенной фазе.

Устройство, реализующее указанный способ, принято за прототип изобретения.

Рассматривается пиния электропередачи, которая на каждом конце оснащена.

1,t,óèòèðóIDIIIèì реактором, выключателем и братчиками тока и напряжения линии и

1 U v IIT IIPgI0UIeI0 Peal(T O @3, . Уст Р1 йство-пРОтотип содержит блок выявления отключенной фазы, входы которого предназначены для подключения к цепям управления выключателя, блок логических инвертирующих элементов НЕ, первый, второй и третий блоки управляемых ключей, первый и второй блоки формирования, блок срав= 10 нения и исполнительный блок. При этом выходы (три) блока выявления отключенной фазы подключены пофазно к управляющим входам первого блока ключей непосредственно, е к упревляющи11 входам 15 второго и третьего блоков ключей — через блок логических инвертирующих эле= ментов НЕ. Основные входы первого и второго блоков ключей предназначены

ДЛЯ ПОДКЛЮЧЕНИЯ К фЕЗНЬ1М ВЫХОДаМ датчИ-20 ков напряжения линии, а третьего блока ключей — к фазным выходам датчика тока линии, выход первого блока ключей присоединен к первому входу первого блоке формирования, а выходы второго и треть- 25 его блока ключей — соответственно к первой и второй пере входов второго блока формирования. Выход второго блока формировац1ш соединен с вторь1м входом первого блоке формирования. Выходы 50 обоих блоков формирования соединены с соответствующими входами блока сравнения, вь|ход которого подключен к входу исполнительного блока.

Первый блок формирования устройства- З5 прототипа выполнен из последовательно включенных фильтра промышленной частоты и определителя проекции вектора выходного напряжения фильтра на вектор напряжения, поступающего на второй вход первого блока формирования.

Недостатками устройства-прототипа являются невысокие быстродействие и надежность, которые определяются тем, что при исчезновении замыкания на поврежденной фазе одновременно с принужденной составляющей напряжения, используемой в устройстве-прототипе, на ней появляется и свободная слабо затухаю50 шея составляющая с частотой, обычно близкой к промышленной. Поэтому, если сделать частотный фильтр в первом блоке формирования очень узкополосным, то ухудшаются быстродействие и надежность, появляется возможность отказа в дей55 ствии при понижении частоты в энергосистеме. Если же этот фильтр сделать широкополосным, то свободная состевляющея. исказит:в.1ря;кон 1е lla в 1ходе пе)свого блоке формирования, и устройство

К1011(ЕТ l:1 00 DTI: - ЗЫВBТЬ 1. ДОИ « Е 1, ЛИОО

pBDOTBTb ложно, 1Лель изоб1.. -=: сек11я новьl пение быстродействия и надежное(и устройстве.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для контроля отсутствия земь1кания не отключечной в ц1ц(ле ОАПВ фазе линии электро Iepe„«a= è, оснащенной на конце выключателем 1 детч1ц(еми тока и негряя(еьия ли1lии сод=1 /.: ..1щ=е .1лок выяьления стилю те1 110й 11езы. ВхОды кОтсрого предназначены для подключения к цепям по:-D,ç=;:Di I.: у ;::-:.:=.-.. 11 ь=. кл10четелем, блок логически :,:,:;=.е т 0"..цчх элементов

НЕ, .пеовый и .:, Dj.o; 0 х<.11;;лючей, Основ=ные входы котор1л--(.:дед:-1ез.1ече:I-,I для подключе1ц я соот .етственчо к 1 дзным

ВЫХОДЕМ ДЕ 11:!(... "я .. . Ия ь И Ь трЕТ Ий блок Кл10чеЛ, 001 овине:::.0-=1 ..0!.opol.o преднезнечень1 для подключения соответлинии, первый и второй бло- . ф00.,1100еания, блок сревне111щ 1 псеU la!l ельнь1й блок, при этом выхсды ..лo,(е выявления

ОтКЛЮЧЕННОй фаЗЫ ПОЕкл10-101(Ы !10:. .:1ЗНО К упревля10щим вхсдем блоков кл10чей, IlepвОго — llellocpe .Отвел 0 ". 01 ; . .:! с 11 третьего — через баск логическгх инвертир ующих элементов НЕ. выход пе рв ого блоке ключей п0д(л10чен и первому входу первого блока формирования, вь ходь: второго и третьего блоков ключей подключены соответственно к первой и второй пере входов второго блока формирования, вь1ход которого соединен с вторым входом первого блоке формирования, выход блоке сравнения соединен с входом исполнительного блоке, снабжено квадратором и первым II вторым блоками усреднения, е первь1й блок формирования выполнен в виде скалярного умножителя, причем вход кведретора подключен к выходу второго блоке формирования, входь1 первого и второго блоков усреднения подключены соо1ве-;.Св е11 . к выходам первого блоке бор;лировения и кведраторе, B выходы блоков усреднения подключены к входам блока сравнения.

Кек указано, перьый блок формирования в предлагаемом устройстве состоит только из скалярного умножите я, а второй блок фор ировения может бь ть вь1. полнен различным обрезом.

Например, с целью повышения надежности путем сравнения полнь1х фезнь:х на= пряжений, DI-I состоит из первого и второго сумматоров, измерителя сдвига фаз, первого и второго преобразователей, скалярного умножителя и фазосдвигателя, причем первый сумматор, скалярный умножитель и фазосдвигатель включены последовательно, входы первого и второго сумматоров подключены соответственно к вы» ходам второго и третьего блоков ключей, входы измерителя сдвига фаз подключены к выходам первого и второго сумматоров, 10 а выход — к входам первого и второго преобразователей, выходы которых подключены соответственно к вторым входам скалярного умножителя и фазосдвигателя.

Кроме того, при наличии датчиков то- 15 ка шунтирующего реактора и контроля только по электромагнитной составляющей напряжения с целью упрощения, первый блок ключей может быть снабжен дополнительными входами, предназначеннымч 20 для подключения к фазным выходам датчиков тока соответственно шунтирующего реактора и линии, а второй блок формирования выполнен в виде сумматора, входы которого подключены соответственно 25 к выходам третьего блока ключей.

Блок сравнения, в котором сравниваются две скалярные величины, может быть выполнен, например,-посредством соединенных последовательно блока вычи- 30 та щя, выпрямителя и порогового блока.

На фиг. 1-4 показаны структурные схемы устройства и некоторых его блоков.

Линия 1 электропередачи оснащена на конце выключателем 2 и датчиками 3 тока и 4 напряжения линии 1 (фиг. 1).

Блок 5 выявления отключенной фазы подключен своими входами к цепям управле-. ния выключателя 2, а выходами пофаэнок входам блока 6 логических инвертиру.- 10 юших элементов HE и к управляющим входам первого блока 7 ключей.

Выходы блока 6 логических инвертирующих элементов HE соединены с соотг ветствующими управляющими входами 45 второго 8 и третьего 9 блоков ключей.

Основные входы первого 7 и второго 8 блоков ключей соединены с фазными выходами датчика 4 напряжения линии, а выходы — с входами соответственно первого 10 и второго 1 1 блоков формирования. Основные входы третьего блока 9 ключей соединены фазными выходами датчика 3 тока линии, а выходы — с второй парой входов второго блока 11 формирования.

Выход второго блока 11 формирования подключен к второму входу первого блока 10 формирования. Выход блока 12 сравнения соединен с входом исполнитель ного блока 1 3. K выходу второго блока

11 формирования подключен вход квадратора 14. К входам блока 12 сравнения подсоединены выходы первого 15 и второго 16 блоков усреднения, входы которых подключены соответственно к выходам первого блока 10 формирования и квадратора 14. Первый блок 10 формирования выполнен в виде скалярного умножителя.

Блок 11 может быть выполнен из первого 1 7 и второго 18 сумматоров, блока, 19 измерителя сдвига фаз первого 20 и второго 21 преобразователей, скалярного умножителя 22, фаэосдвигателя 23 (фиг.2).

Два входа первого сумматора 17 соединены соответственно с выходами второго блока 8 ключей. Два входа второго сумматора 18 соединены соответственно с выходами третьего блока 9 ключей. Выход первого сумматора 17 соединен с первыми входами скалярного умножителя

22 и измерителя 19 сдвига фаз; второй вход последнего подключен к выходу второго сумматора 18, а выход -, к входам первого 20 и второго 21 преобразователей. Выходы первого 20 и второго

21 преобразователей подключены к вторым входам соответственно скалярного ум ножителя 22 и фазосдвигателя 23. Выход скалярного умножителя 22 соединен с входом фазососдвигателя 23, выход которого является выходом всего второго блока 11 формирования.

Блок 12 сравнения может быть выполнен посредством соединенных последовательно блока 24 вычитания, выпрямителя

25 и порогового блока 26 (фиг.3).

Устройство работает следующим образом.

После возникновения однофазного короткого замыкания на линии 1 электро передачи поврежденная фаза линии с помощью выключателей 2 отключается с двух сторон (начинается цикл ОАПВ).

Блок 5 выявляет. отключенную фазу и подает управляющий сигнал на управляющие входы первого блоха 7 ключей, чтобы тот пропустил на вход блока 10 напряжение отключенной фазы. Через блок 6 элементов НЕ тот же управляющий сигнал поступает иа управляющие входы второго 8 и третьего 9 блоков ключей, чтобы они пропустили на входы блока 11 напряжения и токи неотключенных фаз.

Работа второго блока 11 формирования (фиг. 2) основана на следующем.

1 нд э м

° С

Т, °

U,=к„(и +0<)e гcos — причем

10 2 d

v„=ê у(О +u,)е з Пг, где 0э, 0м — составляющие напряжения, 15 наведенные на фазу А эа счет соответственно электростатической и электромагнитной связи отключенной фазы А линии с неотключенными фазами В и С", 20

К,, К вЂ” коэффициенты связи, зависящие от геометрических размеров линии и степени ее компенсации шунтирую25 шими реакторами;

V<,0 - напряжения неотключенных фаз В и С данного конца линии;

d — угол между напряжениями одноименных неповрежденных фаэ по концам линии.

Поскольку каждая из составляющих

О и >м зависит от угла d (они даже могут обращаться в нуль, причем при различных значениях d ), работоспособность устройства, построенного по известному способу, будет нестабильна. Использование каждой из этих составляющих по отдельности значительно усложнит построение устройства. Поэтому целесообразнее формировать не отдельные составляющие, а полное наведенное фазное напряжение

01 д и сравнивать его с измеряемыми„

Иэ приведенных выражений следует: 1Ф

° д =(О +О )К,e ск гд, к =1к cos — + к к1" < /г(;

К у =с1гс с — e.с с /2 с /2.

Э К1

Во втором блоке ll формирования прогнозируемое напряжение О „> получа55 ется следующим образом. На выходе пер вого 17 и второго 18 сумматоров образуются напряжения, пропорциональные соответственно величинам Ug + Йс и

7 9726

Наведенное напряжение Он с1(его принужденная составляющая) на конце отклк ченной фазы А в неполнофазном режиме при отсутствии замыкания на ней можно представить в виде 5

Э0 + Зс, и подаются на блок 19 измерения сдвига, фаз. В этом блоке измеряется угол 4 сдвига фаэ между укаэанными величинами. Известно, что при равенстве по модулю одноименных фаэных напряжений по концам линии углы с и Ч связаны между собой приближенной зависимостью d 24, что и использовано в изобретении. В преобразователях

20 и 21 по значению угла 4 образуются сигналы, пропорциональные величинам К и уЭ, и подаются на входы соответственно скалярного умножителя 22 и фаэосдвигателя 23. На выходе последнего формируется напряжение 0> = U, пропорциональное величине U > < прогнозируемого напряжения ин,4 н.р»п ы1 i (1иьм.4 где м - угловая промышленная частота.

На выходе первого блока 7 ключей в неполнофазном режиме появляется напряжение U„@ отключенной фазы. Простое сравнение между собой величин 0 иЗМ Д и Онск весьма затруднительно потому, что при наличии на линии шунтирующих реакторов в напряжении U после иъм. 4 исчезновения короткого замыкания присутствует довольно значительная по величине и слабозатухающая свободная составляюс щая. В напряжениях 1 ц и Йс, а следовательно, и в U > свободная составляющая практически отсутствует. Поэтому в изобретении сравнение указанных напряжений (в блоке 12) производится после перемножения U „H U „„„10) и само на себя (в блоке 14) и последующего усреднения (в блоках 15 и 16) ре результатов перемножения.

Напряжение Q<<, пройдя через квадратор 14, становится однополярным и на выходе второго блока 1 6 усреднения выделяется напряжение, амплитуда которого пропорциональна U l

+14 " Н p,5"" М =Uq д(1-оО5|М) ), И

О„Ь= У„,к1, поскольку среднее значение члена cos 2со4 равно нулю.

Пока на отключенной фазе есть короткое замыкание, напряжение на ней близко к нулю. Напряжения на выходах блоков 7, 10 и 16 также близки к нулю, и блок

12 сравнения и устройство в целом не срабатывают.

Когда же дуга на отключенной фазе погаснет, то на ней появится напряжение, 0и 1 д, которое после затухания свобод9726

24 10 ставляющие затухают полностью, а величина второй составляющей будет cymecr венно зависеть от частоты Я, что мор но учесть с .помощью коэфф щиента

К ср (< ).

Тогда напряжение U<> на выходе блока 15 можно представить в виде

9 ных составпяющих (через несколько секунд) станет равным принужденному значению, зависящему от напряжений на здоровых фазах, от тока в них и параметров линии и шунтирующих реакторов. 3

Если на линии нет шунтирующих реакторов, то переход от гашения дуги до установившегося значения происходит довольно быстро, с высокочастотными быстроэатухающими составляющими в напряжении отключенной фазы.

Если же на линии есть шунтирующие реакторы, то после гашения дуги напряжение на отключенной фазе представляет собой, как правило, биения, обусловленные <> наличием слабозатухающей низкочастотной свободной составляющей. Эта составляющая мешает устройству фиксировать момент погасания дуги подпитки.

В этом случае напряжение на выходе 26 первого блока 7 ключей равно (7 í3ì A Э2 (н изб 5)пмС-Я Uñ9

-ей

«Ып Шса, 2S

rqe UH „a Uc8 — действующее значение принудительной и свободной составляющих в измеренном напряжении отключенной фазы,Qc8< З6

Л„,щ и в дальнейшем для относительно небольших интервалов времени анализа принято с8 )н. изм 1 щ (. — угловая частота и коэффициент затухания свободных колебаний напряжения отключенной фазы; для простоты Ы 46 можно приыять равным нулю.

Тогда U7= ) 7н,иЗм (На выходе блока 10 напряжение Ц 45 о равно

Цо= U,- Ц,„= г „„. u„»„ ш .

«(ginм4 -e<п ы ° Ф) или, после преобразования, 56 10 +í.я н.и (овй1-«S2щ1

+сов (2юФ, -Qt)) где Q м — шс — частота биений.

После прохождения блока 15 усреднения, представляющего собой, например, фильтр нижних частот, две посдецние соtJ = V Б (1 К - (52) Cosset).

При относительно больших значениях частоты Q (порядка нескольких Гц) коэффипиент К..о.(Я ) невелик, а при малых значениях частоты Л довольно продолжительны интервалы времени, когда близок к нулю со8Я .- . Поэтому при любых значениях частоты Й в течение длительного времени второй член выражения для

U<> близок к нулю, чем обеспечивается надежное действие предлагаемого устройства.

В блоке 1 2 сравнения, куда подаются напряжения U > и U, формируется напряжение (.и м

«соьЯ

Ъ котоРое пРи К cp (Я ) Co5 ЯФ. = 0,, Равно

H.è3Û

Ц =Ц срабН Н А

Когда модУль напРЯжениЯ U рс,в„становится меньше порогового значения Г.ор

) блок 12 подает сигнал на исполнительный блок 13 и последний, а с ним и устройство в пелом, срабатывают. Вследствие этого разрешается повторное включение отключавшейся фазы линии 1 выключателем 2. Следует отметить, что бестоковая пауза при этом определяется реальным временем горения дуги в месте повреждения, а не максимально воз. можным, которое обычно берется в качестве расчетного.

Из выражения для U Ржави видно, что при достаточно малом U ù, и равенстве нулю укаэанного выше члейа, это проиоходит при Q„ =@„ r.e. Korea np нужденная составляющая измеренного напряжения на отключенной фазе равна прогнозируемому напряжению на ней, наведенному от неповрежденных фаз.

Таким образом, предлагаемое устройство надежно, достаточно быстро определяет отсутствие замыкания на отключенной фазе линии электропередачи и позволяет

11 9726 существенно сократить цлительность бестоковой паузы ОАПБ.

Устройство может быть использовано, цля контроля отсутствия короткого замыка ния на отключенной фазе не только по пол- ному напряжению фазы, но и по его составляющим Оз и Ум.

При контроле только по электростатической составляющей U достаточно только несколько изменить йараметры преоб- 10 разователей 20 и 21 (фиг. 2). Они иогут быть определены из приведенных выражений для К и у после подставки в ни К =О.

Аналогично при контроле только по ts электромагнитной составляющей D> параметры преобразователей 20 и 21 (фиг. 4) нужно принять такими, которые соответствуют К и при поцстановке в них К, О. Однако в случае контроля 20 по второй составляющей блок формирования можно вообще выполнить значительно проще - в виде только одного сумматора 18, при этом первый блок 7 ключей должен быть снабжен дополнительными 2s входами, предназначенными для подклк чения к фазным выходам датчика тока шунтирующего реактора и линии. Это приведет к тому, что на первом входе первого блока 10 формирования будет напряже-Зо .ние, пропорциональное фазному току шун тирующего реактора отключенной фазы.

Устройство может быть изготовлено с помощью известных блоков, выполняемых в настоящее время на полупроводниковых приборах, и использовано на всех линиях электропередачи, где применяется

ОАПИ.

Технико-экономическая эффективность изобретения определяется уменьшением 411 бестоковой паузы при ОАПВ, т.е. сокращением времени, при котором предел передаваемой мощности по линии существенно снижен, а также повышением надежности действия устройства, что повышает надежность работы системной автоматики всей электропередачи в целом.

33 к выходам первого и второго сумматоров

Р. а выхоц - к входам первого и второго формула изобретения

1. Устройство для контроля отсутствия замыкания на отключенной в цикле однофазного аитоматического повторного включения фазе линии электропередачи, оснащенной на конце выключателем и датчиками тока и напряжения пинии, содержаmee блок выявления отключенной фазы, входы которого предназначены для под24

12 ключения к цепям пофазного управления выключателем, блок логических инвертирующих элементов НЕ, первый и второй блоки ключей, основные входы которых предназначены для подключения соответственно к фазным выходам датчика напряжения линии, третий блок ключей, основные входы которого предназначены для подключения соответственно к фазным выходам датчика тока линии, первый и второй блоки формирования, блок сравнения :, исполнительный блок, при этом выходы блока выявления отключенной фазы подключены пофазно к управляющим входам блоков ключей, первого — непосредственно, а второго и третьего — через блок логических инвертирующих элементов IE, выход первого блока ключей подключен к первому вхоцу первого блока формирования, выходы второго и третьего блоков ключей подключены соответственно к первой и второй паре входов второго блока формирования, выхоц которого соединен с вторым входом первого блока формирования, выход блока сравнения соединен с входом исполнительного блока, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и надежности, оно снабжено квацратором и первым и вторым блоками усреднения, а первый блок формирования выполнен в виде скалярного умножителя, причем вход квадратора подключен к выходу второго блока формирования, входы первого и второго блоков усреднения подключены соответственно к выходам первого блока формирования и квадратора, а выходы блоков усреднения подключены к входам блока сравнения.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю- щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности путем сравнения полных фазных напряжений, второй блок формировам ния состоит из первого и второго сумматоров, измерителя сдвига фаз, первого и второго преобразователей, скалярного умножителя и фазосдвигателя, причем первый сумматор, скалярный умножитель и фазосдвигатель включены последовательно, входы первого и второго сумматоров подключены соответственно к выходам второго и третьего блоков ключей, входы измерителя сдвига фаз под ключены преобразователей, выходы которых подкпючеиы соответственно к вторым входам скалярного умножителя и фаэосдвигателя.

13 М М24 14

3. Устройство по и. 1, о т л и ч а- 4. Устройство по п. 1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью упроще- ю щ е е с я тем, что блок сравнения н при контроле только по электромаг- выполнен посредством последовательного нитной составляющей напряжения и нали- включения блока вычитания, выпрямителя чии датчиков тока шунтирующего реакто- 5 н порогового блока. ра, первый блок ключей снабжен дополни- Источники информации, тельными входами, предназначенными для принятые во внимание при экспертизе подключения к фазным выходам датчиков 1. Богорад А.М., Назаров Ю. Г. тока соответственно шунтирующего реак- Автоматическое повторное включение в тора и линии, а второй блок формирова- >о энергосистемах. Энергия, 1969, ния выполнен в виде сумматора, входы с. 194-234. которого подключены соответственно к 2. Авторское свидетельство СССР выходам третьего блока ключей. No 655005, кл. Н 02 Н 3/06, 1975.

972624

Составитель Г. Дамская

Редактор О. Половка Техред М. Надь Корректор Л. Бокшан

Заказ 8531/47 Тираж 669 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4