СПОСОБ ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ ОТ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ Российский патент 2001 года по МПК H02H3/10 H02H3/38 

Изобретение относится к электроэнергетике, а именно к технике релейной защиты, и может найти применение для защиты линий электропередачи от междуфазных коротких замыканий (КЗ).

Известен способ защиты электроустановки, например [1], в котором постоянно измеряют ток электроустановки, сравнивают его с эталонной величиной и, если через выдержку времени ток не снизится меньше, чем эталонная величина, то подают сигнал на отключение выключателя электроустановки. Однако по этому способу невозможно отличить самозапуск двигательной нагрузки от короткого замыкания, если эти токи в первый момент соизмеримы.

Наиболее близким по технической сущности является способ, реализованный в устройстве [2] токовой защиты электроустановки от КЗ, в котором постоянно измеряют ток электроустановки, сравнивают его с первой и второй эталонными величинами, при превышении тока электроустановки первой эталонной величины подают сигнал на отключение без выдержки времени, при превышении тока электроустановки второй эталонной величины через первую выдержку времени запоминают значение тока электроустановки, через вторую выдержку времени вычитают из этого значения текущее значение тока электроустановки, сравнивают полученную первую разность с третьей сформированной эталонной величиной и, если первая разность меньше третьей эталонной величины, то подают сигнал на отключение.

Однако возможны следующие варианты: а) вследствие уменьшения тока КЗ, которое возможно при отсутствии автоматического регулятора возбуждения (АРВ) генератора или при удаленных КЗ, ток в течение времени наблюдения переходного процесса может уменьшаться; б) вследствие работы электромеханического АРВ генератора или автоматического регулятора напряжения трансформатора (АРНТ) ток в течение времени наблюдения самозапуска может не уменьшиться или уменьшиться незначительно. В связи с вышеизложенным отличить один режим от другого за ограниченное время переходного процесса становится затруднительным, в таких случаях установка защиты загрубляется или увеличивается время действия защиты.

Задача изобретения - повышение чувствительности, селективности и уменьшение времени срабатывания защиты путем отстройки от токов самозапуска двигательной нагрузки.

Поставленная задача достигается тем, что дополнительно постоянно измеряют фазу тока электроустановки, при превышении тока электроустановки второй эталонной величины через первую выдержку времени запоминают значение фазы тока электроустановки, через вторую выдержку вычитают от этого значения текущее значение фазы тока электроустановки, сравнивают полученную вторую разность с четвертой сформированной эталонной величиной, если вторая разность меньше четвертой эталонной величины и первая разность меньше третьей эталонной величины, то подают сигнал на отключение.

Известно, что при пуске или самозапуске асинхронных электродвигателей происходит не только уменьшение тока (от пускового до номинального), но и уменьшение фазы тока. Поэтому использование дополняющих друг друга параметров поможет надежно распознать КЗ и отличить его от самозапуска.

Сущность изобретения поясняется диаграммами, где на фиг. 1 изображено изменение тока во время КЗ и вычислительное приращение ΔI_K за время Δ t= t₂-t₁ (t₁ - время установления сверхпереходного процесса КЗ, t₂ - время, меньшее самозапуска нагрузки);
на фиг. 2 изображено изменение фазы тока во время КЗ и вычисленное приращение ΔΦ_K за время Δ t;
на фиг. 3 изображено изменение тока во время самозапуска и вычисленное приращение Δ за время Δ t;
на фиг. 4 изображено изменение фазы тока во время самозапуска и вычисленное приращение ΔΦ_K за время Δ t.

Способ осуществляется следующим образом: измеряют и вычисляют изменение тока и изменение его фазы после возникновения КЗ или самозапуска нагрузки.

При возникновении КЗ увеличиваются ток до I_К и его фаза до Φ_K.
Если КЗ близкое, то величина тока I_t1 превышает первую эталонную величину I₁. В этом случае отключаем выключатель электроустановки без выдержки времени.

Если происходит дальнее КЗ (находится в зоне резервирования), то величина тока I_t2 не превышает первую эталонную величину I₁, но превышает вторую эталонную величину I₂ (вторая эталонная величина I₂ несколько превышает номинальный ток электроустановки I_Н). В этом случае через первую выдержку времени в момент t₁ запоминаем значение тока I_t2 электроустановки и его фазу Φ_t2 (выдержка времени необходима, чтобы не учитывать сверхпереходные процессы). Затем через вторую выдержку времени в момент t₂ измеряют значение тока электроустановки I_t3 (фиг. 1) и его фазы Φ_t3 (фиг. 2). Следующим действием находим разность токов и их углов. Таким образом, за время Δt находим приращение тока и фазы:
ΔI_К=I_t2-I_t3
ΔΦ_K11= Φ_t2 - Φ_t3,
где I_t2 и I_t3 - величины токов в моменты времени t₂ и t₁, Φ_t2 и Φ_t3 величины фаз токов в моменты времени t₂ и t₁. Сравниваем полученные результаты. Если это приращение Δ I_К меньше третьей эталонной величины и приращение ΔΦ_K меньше четвертой эталонной величины (фиг. 1 и фиг. 2), то отключаем выключатель.

В режиме пуска или самозапуска (фиг. 3 и фиг. 4) мы делаем те же самые операции. В такие же моменты времени измеряем и запоминаем I_t2, I_t3 и Φ_t2,Φ_t3 . Находим приращения тока Δ I₃ и его фазы ΔΦ₃:
ΔI₃ = I_t2-I_t3
ΔΦ₃ = Φ_t2-Φ_t3
Полученные величины больше, соответственно, третьей и четвертой эталонных величин, поэтому мы не отключаем выключатель.

Таким образом, чувствительность и селективность защиты по предлагаемому способу повышается за счет возможности отстраиваться от токов пуска и самозапуска. А использование информации изменения фазы тока позволяет уменьшить время действия защиты, так как отличие режимов пуска или самозапуска от КЗ происходит раньше.

Источники информации
1. Теоретические основы построения логической части релейной защиты и автоматики энергосистем /Поляков В.Е., Жуков С.Ф., Проскурин Г.М. и др. Под ред. В.Е. Полякова. - М.: Энергия, 1979. - с. 240.

2. Патент СССР N 1808160, H 02 H 3/08, Устройство токовой защиты электроустановки от коротких замыканий //М. Я. Клецель, А.Г. Кошель, А.Н. Метельский, К.И. Никитин и В.В. Челпаченко. Опубл. Бюл. N 13, 07.04.1993.

Использование: для защиты линий электропередачи от междуфазных коротких замыканий. Технический результат заключается в повышении чувствительности, селективности и уменьшении времени срабатывания защиты путем отстройки от токов самозапуска двигательной нагрузки. Согласно изобретению измеряют ток электроустановки и сравнивают его с первой и второй эталонными величинами. При превышении тока электроустановки первой эталонной величины подают сигнал на отключение без выдержки времени. При превышении тока электроустановки второй эталонной величины через первую выдержку времени запоминают значение тока электроустановки, через вторую выдержку времени вычитают из этого значения текущее значение тока электроустановки, получая первую разность. При превышении тока электроустановки второй эталонной величины через первую выдержку времени запоминают значение фазы тока электроустановки, через вторую выдержку вычитают из этого значения текущее значение фазы тока электроустановки, получая вторую разность. Если вторая разность меньше четвертой эталонной величины и первая разность меньше третьей эталонной величины, то подают сигнал на отключение. 4 ил.

Способ токовой защиты электроустановки от коротких замыканий, заключающийся в том, что постоянно измеряют ток электроустановки, сравнивают его с первой и второй эталонными величинами, при превышении тока электроустановки первой эталонной величины подают сигнал на отклонение без выдержки времени, при превышении тока электроустановки второй эталонной величины через первую выдержку времени запоминают значение тока электроустановки, через вторую выдержку времени вычитают от этого значения текущее значение тока электроустановки, сравнивают полученную первую разность с третьей сформированной эталонной величиной, отличающийся тем, что дополнительно постоянно измеряют фазу тока электроустановки, при превышении тока электроустановки второй эталонной величины через первую выдержку времени запоминают значение фазы тока электроустановки, через вторую выдержку вычитают от этого значения текущее значение фазы тока электроустановки, сравнивают полученную вторую разность с четвертой сформированной эталонной величиной, если вторая разность меньше четвертой эталонной величины и первая разность меньше третьей эталонной величины, то подают сигнал на отключение.