Устройство для дистанционной защиты линии электропередачи несимметричных коротких замыканий на землю

Устройство для дистанционной защиты линии электропередачи несимметричных коротких замыканий на землю

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОН .НОЙ ЗАЩИТЫ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ ОТ НЕСИММЕТРИЧНЫХ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕЬШЮ по авт.св. № 1056346, отличающееся тем, что, с целью повышения селективности, оно дополнительно снабжено последовательно соединенными элементами И, блоком выдержки времени и блоком преобразования импульсного сигнала в непрерывный , причем входы дополнительного элемента И соединены с выходами элементов ИЛИ, а выход блока преобразования импульсного сигнала в непрерывный соединен с дополнительным входом выходной схемы совпадения. (О

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

09) (И) д(д) Н 02 Н 3/40

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Г О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OfHPbfTMA

«

I ь ь- 1" Г

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ й:аЛ м,а, „-<

Ь,СС 1. (61) 1056346 (21) 3261751/24-07 (22) 06.04.81 (46) 07.04.84. Бюл. И- 13 (72) В.А.Шабанов и А.-С.С.Саухатас (71) Уфимский нефтяной институт и Рижский политехнический институт (53) 621.3?6.925(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 1056346, кл. Н 02 Н 3/40, 1980. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОН.НОЙ ЗАЩИТЫ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ ОТ

НЕСИММЕТРИЧНЫХ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ

НА ЗЕМЛЮ по авт.св. Ф 1056346, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью повышения селективности, оно дополнительно снабжено последовательно соединенными элементами И, блоком выдержки времени и блоком преобразования импульсного сигнала в непрерывный, причем входы дополнительного элемента И соединены с выходами элементов ИЛИ, а выход блока преобразования импульсного сигнала в непрерывный соединен с дополнительным входом выходной схемы совпадения.

1084922

Изобретение относится к электроэнергетике и предназначено для дистанционной защиты линии электропередач от несимметричных коротких замыканий на землю. 5

По основному авт.св. Ф 1056346

;известно устройство дистанцион,ной защиты от несимметричных коротких замыканий на землю, содержащее формирователь компенсированных фаэных напряжений и напряжения, пропорционального току нулевой последовательности, преобразователи указанных синусоидальных напряжений в

15 прямоугольные импульсы, знак которых совпадает со знаком мгновенных значений соответствующих напряжений, схему совпадения и блок преобразователя для преобразования импульсов в непрерывный сигнал (1) .

Недостатками известного устройства являются низкая чувствительность при однофазных коротких замыканиях в защищаемой зоне через переходное

25 сопротивление, особенно на линиях электропередачи небольшой длины при больших мощностях питающих систем, а также в ряде случаев низкая селективность, особенно на протяженных линиях электропередачи при больших мощностях питающих систем.

Обусловлен этот недостаток тем, что форма характеристики известных. устройств в комплексной плоскости однозначно определяется режимом ра- .35 боты защищаемой электропередачи и не регулируется параметрами схемы устройства. Б результате на линиях небольшой длины, а следовательно, и небольшой величины сопротивления 4О уставки и при мощных эквивалентных питающих системах площадь характеристики устройства в комплексной плоскости сопротивления петли короткого замыкания снижается и чувстви- 45 тельность к переходным сопротивлениям может оказаться недостаточной.

И наоборот, на линиях большой длины площадь характеристики увеличивается, что приводит к снижению селек- 50 тивности устройства при внешних коротких замыканиях в условиях расхождения по фазе ЭДС эквивалентных питающих систем.

Цель изобретения — повышение селективности при внешних однофазных и двухфазных коротких замыканиях на землю в условиях расхождения по фазе эквивалентных ЗДС питающих систем.

С этой целью устройство для дистанционной защиты линии электропередач от несимметричных коротких замыканий на землю дополнительно содержит последовательно соединенные элементы И, блок выдержки времени и блок преобразования импульсного сигнала в непрерывный, причем входы дополнительного элемента И соединены с выходами элементов ИЛИ, а выход блока преобразования импульсного сигнала в непрерывный соединен с дополнительным входом выходной схемы совпадения.

Введение дополнительного элемента

И, на входы которого подаются импульсы, сформированные иэ компенсированных фазных напряжений, и подключение выхода упомянутого элемента И через блок выдержки времени к входу блока преобразования импульсного сигнала в непрерывный, выход которого подключен к дополнительному входу вы— ходной схемы совпадения, приводит к тому, что для срабатывания устройства становится необходимым выполнение следующего условия: время совпадения импульсов, сформированных из компенсированных фазных напряжений, должно быть больше заданного времени, определяемого уставкой - блока выдержки времени. В результате характеристика устройства в комплексной плоскости сопротивления петли короткого замыкания, кроме прямолинейных участков, будет содержать дополнительно три дуги, ограничивающих область срабатывания, что приведет к повышению селективности при всех видах. внешних коротких замыканий. Положение упомянутых дуг, а следовательно, и селективность устройства, определяются величиной уставки блока выдержки времени.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 — 5 — диаграммы напряжений; на фиг. 6 — 12 характеристики срабатывания в комплексных плоскостях.

Устройство содержит формирователь

1 компенсированных напряжений фаз и напряжения, пропорционального току нулевой последовательности, выходы которого соединены с соответствующими входами преобразователя 2 указанных напряжений в прямоугольные логические сигналы, первый выход

1084922 4

Кривая 13 (фиг. 2а) соответствует напряжению Ц на выходе формирователя 1, пропорциональному току нулевой последовательности. Из напряжения Цц преобразователем 2 (фиг.1) формируются прямоугольные импульсы

14 (фиг. 26), длительность которых соответствует длительности положительной полуволны напряжения LID из10 Формирователь 3 из прямоугольного импульса 14 формирует короткий имгульс 15 (фиг. 2а), сдвинутый по времени на величину относительно момента перехода мгновенных значений напряжения через нуль от отрицателЬ" ных значений к положительным.

Кривые 16 (фиг. За), 17 (фиг.4а) и 18 (фиг. 5а) соответствуют компенсированным фазным напряжениям LIIS,

20 Ll и (1, из которых преобразоватеl о лем 2 формируются прямоугольные логические импульсы 19 (фиг. 36), 20 (фиг. 46) и 21 (фиг. 56), дпительность которых равна длительности

25 положительной полуволны соответствующего компенсированного напряжения.

Блоки 4 сдвига импульсов сдвигают по и времени импульсы на их выходах относительно импульсов на их входах.При

) 3p этом импульсы 22 (фиг. Зв), 23 (фиг. 4в) и 24 (фиг. 5в) на выходах соответствующих блоков 4 сдвига импульсов оказываются сдвинутыми на величину (3 относительно соответствующих импульсов 19 (фиг. 36), 20 (фиг. 46) и 21 (фиг. 56) .

В нормальном режиме работы защищаемой линии электропередачи ток нулевой последовательности отсутст4 вует. При этом отсутствует напряжение Оо, отсутствуют импульсы 15 на входе схемы 8 совпадения и устройство не работает. которого. соединен с входом формирователя 3 импульсов, а каждый из трех других выходов соединен с входом соответствующего блока 4 сдвига импульсов, выход каждого из которых соединен с одним из входов соответствующего элемента И 5, другой вход каждого из которых соединен с соответствующим выходом избирателя 6 особой фазы, а выходы каждого элементов И 5 соединены с одним из входов соответствующих элементов

ИЛИ 7, другой вход каждого из которьж соединен соответственно с упомянутыми тремя выходами преобразователя 2. Выходы элементов ИЛИ 7 соединены соответственно с первыми тремя входами схемы 8 совпадения и с входами элемента И 9, выход которого через блок 10 выдержки времени и блок 11 преобразования импульсног сигнала в непрерывный соединен с четвертым входом схемы 8 совпадения пятый вход которой соединен с выходом формирователя 3 импульсов и выход соединен с выходным органом

Устройство дистанционной защиты от несимметричных коротких замыкани на землю работает следующим образом

На входы формирователя 1 (фиг. 1 поступают фазные напряжения Ug, 0

Ос и токи 3 g, .1, J соответствую щих фаз А, В, С, ток нулевой последовательности )о, из которых форми рователем 1 формируются следующие компенсированные фазные напряжения )4 Uц, Ос и напряжение (1о про ( порциональное току нулевой последовательности

0 „= О д - - q (p, + 1 3 1; f<) 8= uв-z (Звi Зо1; (z) (1с = Ос 7, (3 " Зо) (>) (") где 2, — сопротивление уставки, опре45 деляемое по прямой последо-. вательности;

9 — коэффициент компенсации; и — коэффициент пропорциональности.

Преобразователь 2 преобразует положительные полуволны (при однополупериодном выполнении) подводимых синусоидальных напряжений fJA, 0 >

1 (ll, О в прямоугольные логические импульсы. На фиг. 2 — 5 изображены диаграммы напряжений, где по оси ординат отложено напряжение 0, а по оси абсцисс время t

При коротких замыканиях на землю появляется ток нулевой последовательности и на всех входах схемы 8 совпадения могут появляться импульсы.

Для срабатывания устройства необходимо, чтобы импульсы на всех входах схемы 8 совпадения присутствовали бы одновременно. Для этого необходимо выполнение следующих двух условий.

Условие 1. В момент появления импульса 15 на выходе формирователя

3 должны присутствовать импульсы на выходах всех трех элементов ИЛИ 7.

1084922

При отсутствии непрерывных сигналов на выходах А, В и С избирателя 6 особой фазы для выполнения условия 1 необходимо, чтобы напряжение 0О отставало от компенсированных фазных о напряжений на угол, меньший 180 т.е. чтобы одновременно выполнялись следующие три неравенства (5) О а фРА М

O а а,. 1 (ц (0<) «ец

fS) 30

0 сц- (О (П „Д

О агg фб! 0, <80 - у. ) 35

О агф 1с(ОА) < ЩО,(Ф01

0 aug(,uс (0 «SO -У 3

40 где f ц1 = И вЂ” задержка, выраженная в электрических градусах; л

43 =20k 1 — частота тока в сети.

У

На фиг. 6 — 10 приведены характеристики устройства в комплексной плоскости петли короткого замыкания при замыкании на землю фазы А в прямом направлении при отсутствии

50 нагрузки для случая неравенства углов всех полных сопротивлений элементов защищаемой сети.

Граничными линиями неравенств (5), (6) и (7) являются соответственно прямые А, В и С (фиг. 6), проходящие через особые точки Р>, Р>, Р комплексной плоскости, в ко5о 180 аг (Оо1 U ) < 8<

3, - 180 Ог ф,(о, 3,; (6) оо - 180 аг (U (u<.) «Ь,. (7) где а с — аргумент комплексного чис5 ла находящийся в интервале от -180 о до +180

Условие 2. Время одновременного присутствия импульсов на входах элемента И 9 должно быть больше времени задержки 6 блока 10 выдержки времени. При отсутствии сигналов на выходах А, В и С избирателя б особой фазы для выполнения условия

1 необходимо одновременное выполнение двух:неравенств в одной из следующих трех систем торых образуются в нуль компенсированные фазные напряжения.

Граничными линиями каждого из неравенств (8), (9) и (10) являются две дуги, опирающиеся на соответствующие особые точки комплексной плоскости. Так граничными линиями первого из неравенств (8) являются дуги а Ь и AB (фиг ° 7), опирающиеся на особые точки Рр, и Ð . Вписанный угол аЪ равен 120, а дуги АВ— о

60 — у . Область выполнения неравенств расположена вне контура, охваченного дугами a b и АВ (показано штриховкой). Граничными линиями второго из неравенств (8) являются дуги col и АС (фиг. 7), опирающиеся на особые точки PA и Рс Вписанный угол дуги са равен 120о, а дуги

АС- 60о + )" . Область выполнения

) неравенства расположена внутри контура, образованного дугами СА и

AC. Оба неравенства (8) одновременно выполняются в области 1, ограничечной дугами АС, са и. aÚ.

Аналогично строятся граничные линии неравенств (9) и (10) . Оба неравенства (9) одновременно выполняются в области 11, ограниченной дугами ВА и О b u bC причем положение дуги ВА определяется правой частью первого из неравенств (9) .

Оба неравенства (10) одновременно выполняются в области LIT, ограниченной дугами СВ, са и bc (фиг. 7), причем положение дуги СВ определяется правой частью второго из неравенств (10) °

Область выполнения второго условия является суммой областей 1, и П 1 и ограничена дугами АС, ВА и

СВ, вписанный угол каждой из которых равен 60 +Zt .

При коротком замыкании на землю фазы А или фаз ВС на выходе А изби— рателя 6 (фиг. 1) особой фазы появляется непрерывный сигнал, который поступает на вход элемента И 5, на другой вход которого поступает импульс 24 (фиг. 5в) с выхода блока 4 (фиг. 1) задержки импульса, сформированного из компенсированного фазного напряжения 0с . При этом на вы1 ходе упомянутого элемента И 5 появляются импульсы 24, поступающие на вход элемента ИЛИ 7, на другой вход которого поступают импульсы 21 (фиг. 5б). В результате на выходе

1084922 упомянутого элемента ИЛИ 7,вместо импульсов 21 появляются импульсы

25 (фиг. 5r), длительность которых равна P + 1800. При этом неравенство (7) в первом условии принимает вид

5,--1ао =>. 0, 03= р 5, (м)

10 а неравенства (8), (9) и (10) во втором условии принимают соответственно вид

О-смф(0, 0 f «ЩО -у

Оаог д 0с) 18Оо Р

О- « ОВ1 ОД) i i1аа- у

Осgyg (((ц ) 1 о (13)

В с 3 20

-P-ar((0 М 1 ао

- - re(p, (îð о „ ) ()s)

Граничными линиями неравенства (11) являются две полупрямые СО и

ОС, выходящие из особой точки РС и образующие с прямой С углы соответственно 180 + о и Р (фиг. 8) . При этом область выполнений первого условия ограничена прямыми А, В, СО и

ОС (фиг. 8).

Граничными линиями каждого иэ неравенств (12), (13) и (14), так же как и неравенств (8), (9), (10), являются две дуги, и область выполнения второго условия также ограничена дугами АС, ВА и СВ (фиг. 9). Причем, как следует из сравнения нера40 венств (8 — 10) с неравенствами (1214), положение дуг ВА и СВ не изменяется, а вписанный угол дуги АС уменьшается на величину

Область срабатывания устройства в целом является общей частью областей выполнения первого условия (фиг. 8) и второго условия (фиг.9).

При этом область срабатывания устройства комплексной плоскости сопротивления петли короткого замыкания ограничена дугами АС, ВА, СВ и прямыми А, В, CO и ОС (фиг. 10).

Чувствительность устройства к переходным сопротивлениям определяется положением дуги АС. Изменяя вписанный угол дуги AC путем изменения и Р можно также как и в известном устройстве обеспечить любую требуемую чувствительность.

По сравнению с известным устройством в характеристике предлагаемого устройства появляются граничные линии ВА, СВ и АС, а также изменяется положение граничных линий СО и

ОС. Кроме того, положение граничных ,линий ВА, СВ и АС изменяется одновременно изменением только одного параметра времени задержки Ф . С увеличением1, происходит "сжатие"

) всех трех дуг ВА, СВ и АС и область срабатывания снижается, что особенно важно на линиях большой длины.

При необходимости положение дуги АС, а следовательно, и чувствительность устройства к переходным сопротивлениям можно регулировать изменением величины Р

Все перечисленные факторы действуют в сторону повышения селективности предлагаемого устройства и выгодно отличают его от известных устройств. Так изменение положения прямой А и появление дуги АС повышает селективность устройства при внеш-. них однофазных коротких замыканиях через переходное сопротивление. Если известное устройство может сработать. излишне при внешних коротких замыканиях на расстоянии 2 через пере а ходное сопротивление R< даже при отсутствии нагрузки вследствие того, что конец вектора приведенно1 го переходного сопротивления К и под влиянием неравенства углов полных сопротивлений элементов сети попадает. в область срабатывания изI вестного устройства (вектора 8 д пересекает прямую А), то предлагаемое устройство при правильном выборе величины 3О в описанном случае селективность не теряет, так как конец вектора 11„ не попадает в его область срабатывания (фиг. 10).

Одновременно регулирование граничных линий АС, СВ и ВА и "сжатие" характеристики путем увеличения времени задержки 1 повышает селективность при всех видах короткого замыкания. Но особенно существенно это преимущество на длинных линиях, когда достаточная чувствительность к переходным сопротивлениям обеспечивается за счет увеличения сопротивления уставки.

1084922

Следует отметить, что при "сжатии" и "расширении" характеристики путем изменения 1 не изменяется положение граничных линий С> и ОС, что является еще одним преимуществом предлагаемого устройства, так как регулирование t не приводит к изменению предельных условий селективности.

На фиг. 11 и 12 приведены харак}о теристики предлагаемого устройства в комплексной. плоскости отношения

ЭДС питающих систем в предельном случае, когда место внешнего короткого замыкания неограниченно приб}5 лижается к концу защищаемой зоны.

При внешних коротких замыканиях на землю фазы А предельная область срабатывания устройства ограничена прямой А (фиг. 11). При этом излишнего (неселективного) срабатывания не происходит, если угол 8 между экви- валентным ЭДС находится в интервале

Ял 0 -8 -160 Чл 6 (35) 25 где (ф — угол полного сопротивления защищаемой линии.

При внешних двухфазных коротких замыканиях на землю фаз ВС предельная область срабатывания ограничена ЗО прямыми В и ОС (фиг. 12). При этом предельное условие селективности имеет вид

-240 q» Р 8о-8-00 4.Ц Л+50. (16) 35

Иэ предельных условий селективности (15) и (16) следует, что, выбирая

Чл о>6}H

240 -(У„- Р-б > g где Π— максимальное значение угла

6 в режиме нагрузки, можно исключить излишнее срабатывание устройства при наложении внешнего короткого замыкания на режим нагрузки.

Работа устройства симметрична к виду короткого замыкания, т.е. аналогичным образом устройство будет работать при коротких замыканиях на землю фазы В и фаз СА, фазы С и фаз

АВ.

При двухполупериодном выполнении предлагаемого устройства число блоков 2 — 5, 7 — 1} удвоится.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить и обеспечить высокую селективность при внешних коротких замыканиях на землю в условиях расхождения по фазе эквивалентных ЭДС при сохранении высокой чувствительности к переходным сопротивлениям при однофазных корот ких замыканиях в защищаемой зоне.

Такое сочетание свойств позволит сократить как число излишних срабатываний при внешних коротких замыканиях, так и число отказов дистанционной защиты при коротких замыканиях в защищаемой зоне, что позволит повысить надежность электроснабжения потребителей электрической энергии и даст существенный технико-экономический эффект.

1084922

1084922

1084922

Составитель Л.Корнеева

Редактор О.Бугир Техред А.Кикемезей Корректор А.Зимокосов

Заказ 2030/50 Тираж 614 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4