СПОСОБ ДИСТАНЦИОННО-ФАЗНОЙ ЗАЩИТЫ ТРЕХФАЗНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2002 года по МПК H02H3/33 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к релейной защите, и может быть использовано в качестве защиты от разного вида коротких замыканий в сетях любой конфигурации, обеспечивающей селективность и чувствительность.

Известен способ дистанционно-фазной защиты трехфазной электрической установки, при котором информация о фазе токов в линии передается с одной стороны линии на другую посредством сигнала высокой частоты, при этом, для сравнения фаз токов на разных концах линии используют симметричные составляющие, получаемые от фильтров, преобразующих трехфазную систему токов в однофазную (см. с.368-379 [1]). Недостатком известного способа является необходимость использования для его реализации комбинированного фильтра прямой и обратной последовательностей и реле сопротивления, кроме того, требуется наличие высокочастотного сигнала, при этом создается большая нагрузка на токовые цепи защиты, из-за чего чувствительность известного способа защиты не высока и требуются сложные средства для ее реализации. При этом известный способ обеспечивает защиту только линии и не позволяет обнаружить короткое замыкание за пределами линии.

Известно устройство дистанционно-фазной защиты трехфазной электрической установки, содержащее средства для контроля токов и напряжения на разных сторонах линии и средства для передачи информации о фазе токов в линии с одной стороны линии на другую посредством сигнала высокой частоты, при этом, для сравнения фаз токов на разных концах линии используют симметричные составляющие, получаемые от фильтров, преобразующих трехфазную систему токов в однофазную (см. с. 368-379 [1]). Недостатком известного устройства является необходимость использования для его реализации комбинированного фильтра прямой и обратной последовательностей и реле сопротивления, кроме того, требуются средства для формирования высокочастотного сигнала при этом создается большая нагрузка на токовые цепи защиты, из-за чего чувствительность известного устройства защиты не высока и требуются сложные средства для ее реализации. При этом известное устройство обеспечивает защиту только линии и не позволяет обнаружить короткое замыкание за пределами линии.

Техническим результатом предложенного изобретения является устранение указанных выше недостатков, то есть повышение чувствительности, упрощение при расширении функциональных возможностей за счет обеспечения селективности действия защиты.

Технический результат обеспечивается за счет того, что при реализации способа дистанционно-фазной защиты трехфазной электрической установки, в соответствии с которым контролируют токи электроустановки и напряжение на шинах подстанции, к которым через выключатели подключена электроустановка, формируют первый токовый сигнал l₁, соответствующий фазе и величине тока электроустановки и второй токовый сигнал l₂, соответствующий напряжению на шинах, первый токовый сигнал формируют путем суммирования токов вторичных обмоток трансформаторов тока, первичные обмотки которых включены в рассечки силовых цепей соответствующих фаз электроустановки, второй токовый сигнал формируют путем суммирования токов, сформированных фазовыми напряжениями шин и соответствующих величинам и фазам соответствующих фазных напряжений, при превышении первого токового сигнала заданного первого порогового уровня начинают отсчет времени, в каждый момент времени t, где i = 0, 1,2...n, t₀ соответствует началу отсчета, а каждый последующий момент времени отстоит от предыдущего на соответствующий заданный промежуток времени, формируют первый l_1i и второй l_2i токовые сигналы соответствующей i-ой зоны, при этом l_1i= k_1il₁,
l_2i = k_2i, где k_1i и k_2i - коэффициенты пропорциональности и k_1i < k_1(i+1), k_2i < k_2(i+1), путем однополупериодного выпрямления первого и второго токовых сигналов соответствующей зоны формируют соответствующие однополупериодные сигналы одинаковой полярности, при этом на соответствующие однополупериодные выпрямители первый и второй однополупериодные сигналы подают в противофазе, формируют результирующий сигнал соответствующей зоны путем суммирования первого и второго однополупериодных токовых сигналов соответствующей зоны, при превышении какого-либо результирующего сигнала заданного второго порогового уровня отключают трехфазную электрическую установку от шин.

Технический результат обеспечивается также устройством дистанционно-фазной защиты трехфазной электрической установки, силовые цепи которой подключены к шинам подстанции через выключатели, содержащим трансформаторы тока и трансформаторы напряжения, первичные обмотки трансформаторов тока включены в рассечки силовых цепей соответствующих фаз трехфазной электрической установки, а первичные обмотки трансформаторов напряжения подключены к соответствующим фазам шин, вторичные обмотки трансформаторов тока и трансформаторов напряжения соединены по схеме звезда и соединены с соответствующими выводами трех первичных обмоток соответственно первого и второго суммирующих трансформаторов, объединенных одноименными выводами, секционированная вторичная обмотка первого суммирующего трансформатора подключена крайними выводами к входу выпрямительного моста, выходные выводы которого соединены с соответствующими входными выводами поляризованного порогового органа, сигнал с выхода которого предназначен для управления его первыми замыкающими контактами, формирующими с выходом источника постоянного напряжения и входом реле времени последовательный замкнутый контур, и вторыми замыкающими контактами порогового органа, через которые и через включенный последовательно с ними второй однополупериодный выпрямитель выход секционированной вторичной обмотки второго суммирующего трансформатора соединен с входом органа сравнения фаз, к которому через первый однополупериодный выпрямитель подключен выход секционированной вторичной обмотки первого суммирующего трансформатора, замыкающие контакты органа сравнения фаз включены последовательно в цепь отключения выключателей, кроме того, устройство содержит n промежуточных реле, вход управления каждого из которых через свои третьи замыкающие контакты подключены к выходу источника постоянного напряжения, параллельно третьим замыкающим контактам каждого i-го (i = 1, 2...n) промежуточного реле включены i-e замыкающие контакты реле времени, первые выводы выходов секционированных вторичных обмоток суммирующих трансформаторов образованы их первыми крайними выводами, первые промежуточные выводы секционированных вторичных обмоток первого и второго суммирующих трансформаторов соединены с их вторыми выходными выводами через последовательно соединенные соответствующие первые и вторые размыкающие контакты каждого из n промежуточных реле, каждый i-й кроме первого промежуточный вывод секционированных вторичных обмоток первого и второго суммирующих трансформаторов соединен с их вторыми выходными выводами через последовательно соединенные соответствующие первые и вторые размыкающие контакты каждого с i-го по n-е промежуточного реле и соответствующие первые и вторые замыкающие контакты (i-1)-го промежуточного реле, другой крайний вывод секционированной вторичной обмотки каждого из суммирующих трансформаторов соединен с их вторыми выходными выводами через соответствующие первый и второй замыкающие контакты n-го промежуточного реле, при этом первый и второй однополупериодный выпрямители подключены к входу органа сравнения фаз одноименными выводами, а вторичные обмотки первого и второго суммирующих трансформаторов тока связаны с одноименными выводами соответствующих однополупериодных выпрямителей разноименными выводами, время срабатывания i-x замыкающих контактов реле времени больше времени срабатывания его (i-1)-x замыкающих контактов.

При использовании изобретения для защиты от несимметричных видов коротких замыканий первичные обмотки первого и/или второго суммирующих трансформатора выполнены с одинаковыми числами витков по фазам.

Для обеспечения возможности использования изобретения для защиты от разных видов коротких замыканий первичные обмотки первого и/или второго суммирующих трансформатора выполнены с разными числами витков, по фазам.

В предложенном изобретении для получения информации о токе в трехфазной электроустановке и напряжении в линии используется по одному сигналу, частота которого соответствует частоте напряжения контролируемой линии, за счет чего обеспечивается упрощение и повышение чувствительности. Применение реле времени и переключение секций вторичных обмоток суммирующих трансформаторов через заданные реле времени временные промежутки обеспечивает селективность действия предложенной защиты.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображена принципиальная схема примера выполнения устройства, реализующего предложенный способ. На фиг. 2 изображена схема соединений обмоток первого и второго суммирующих трансформаторов На фиг. 3 приведена схема подключения обмоток промежуточных реле к источнику постоянного напряжения.

Устройство, изображенное на фиг. 1, содержит шины подстанции 1, к фазам A, B, и C которой через соответствующие выключатели 2, 3, и 4 и первичные обмотки трансформаторов тока 5, 6 и 7 подключены выводы соответствующих фаз электроустановки. При этом начала первичных обмоток трансформаторов тока 5, 6 и 7 подключены в силовые цепи соответствующих фаз со стороны шин 1. Вторичные обмотки трансформаторов тока 5, 6 и 7 соединены в звезду и соединены с одноименными выводами 18 и 29, 17 и 29, 16 и 29 соответствующих первой, второй и третьей первичных обмоток первого суммирующего трансформатора 8. Первый 21 и второй 23 крайние выводы секционированной вторичной обмотки суммирующего трансформатора 8 соединены с выводами переменного тока (входом) выпрямительного моста 12, выводы переменного тока (выходные выводы) которого соединены с соответствующими входными выводами поляризованного порогового органа 11, управляющего первыми 55 и вторыми 27 замыкающими контактами, первый крайний вывод 21 и вывод 22 секционированной вторичной обмотки первого суммирующего трансформатора 8 являются соответственно первым и вторым выводами выхода секционированной вторичной обмотки суммирующего трансформатора 8. Устройство фиг. 1 содержит также трансформатор напряжения 10, первичные обмотки которого подключены к соответствующим фазам шин. При этом начала первичных обмоток трансформатора 10 соединены с выводами соответствующих фаз, а концы образуют общую точку. Вторичные обмотки трансформатора 10 соединены с одноименными выводами 24 и 28, 25 и 28, 26 и 28 соответствующих первой, второй и третьей первичных обмоток второго суммирующего трансформатора 9, первый крайний вывод секционированной вторичной обмотки которого является первым выводом 20 ее выхода. Вывод 20 соединен с выводом 21 и с одним из входных выводов органа сравнения фаз 13, к другому входному выводу которого через соответствующие первый 14 и второй 15 однополупериодные выпрямители подключены вторые выводы соответственно 22 и 19 выходов секционированных вторичных обмоток соответствующих первого и второго суммирующих трансформаторов. При этом вывод 19 соединен с однополупериодным выпрямителем 15 через замыкающие контакты 27. В качестве однополупериодных выпрямителей 14, 15 применены диоды, катоды которых объединены и подключены к соответствующему входному выводу органа 13, анод диода 15 соединен с первым выводом замыкающего контакта 27 второй вывод которого соединен с выводом 19. Анод диода 14 соединен с выводом 22.

Трансформатор тока 8 может быть выполнен в виде насыщающегося трансформатора тока (см. фиг. 2) и содержит расположенные на среднем стержне его трехстержневого магнитопровода 30 три первичные обмотки 32-34 и расположенную на одном из крайних стержней магнитопровода 30 секционированную вторичную обмотку 38. Первый крайний вывод обмотки 38 соединен с первым выводом 21 выхода обмотки 38. Второй крайний вывод обмотки 38 через последовательно соединенные регулировочный резистор 40 и замыкающие контакты 46 второго промежуточного реле соединен со вторым выводом 22 выхода обмотки 38, к которому также подключены два промежуточных вывода обмотки 38, первый - через последовательную цепь из регулировочного резистора 41, замыкающих контактов 47 первого промежуточного реле и размыкающих контактов 49 второго промежуточного реле, второй - через последовательную цепь из регулировочного резистора 42 и размыкающих контактов 48, 49 первого и второго промежуточных реле соответственно.

Трансформатор 9 является промежуточным трансформатором, конструкция которого может в частном случае выполнения соответствовать представленной в (3) и содержит (см. фиг. 2) одностержневой магнитопровод 31 на котором расположены три первичные обмотки 35-37 и секционированная вторичная обмотка 39. Первый крайний вывод обмотки 39 соединен с первым выводом 20 выхода обмотки 39. Второй крайний вывод обмотки 39 через последовательно соединенные регулировочный резистор 43 и замыкающие контакты 50 второго промежуточного реле соединен со вторым выводом 19 выхода обмотки 39, к которому также подключены два промежуточных вывода обмотки 39, первый - через последовательную цепь из регулировочного резистора 44, замыкающих контактов 51 первого промежуточного реле и размыкающих контактов 53 второго промежуточного реле, второй - через последовательную цепь из регулировочного резистора 45 и размыкающих контактов 52, 53 первого и второго промежуточных реле соответственно.

Замыкающие контакты 54 органа сравнения фаз 13 включены последовательно в цепь отключения выключателей 2-4, соединенную с источником постоянного напряжения (фиг. 3). К источнику постоянного напряжения подключены также последовательная цепь из замыкающих контактов 55, управляемых поляризованным пороговым органом 11, и входной цепи реле времени 56, последовательная цепь из замыкающих контактов 61 первого промежуточного реле и обмотки 60 первого промежуточного реле, последовательная цепь из вторых замыкающих контактов 58 реле времени и обмотки 59 второго промежуточного реле. Параллельно замыкающим контактам 61 первого промежуточного реле включены вторые замыкающие контакты 57 реле времени.

В качестве суммирующего трансформатора 8 может быть применен насыщающийся трансформатор тока, охарактеризованный в (2). Орган сравнения фаз может быть выполнен в соответствии с (1 с. 379). В качестве поляризованного порогового органа, промежуточных реле и реле времени можно применить как электромеханические реле, так и бесконтактные реле на полупроводниковой элементной базе и микропроцессорной технике.

Дистанционно-фазная защита трехфазной электрической установки в соответствии с изобретением осуществляется следующим образом. Магнитные потоки в сердечниках 30 и 31, наведенные токами первичных обмоток 32-34 и 35-37, суммируются и под действием суммарных магнитных потоков во вторичных обмотках 38, 39 наводятся напряжения, величины и фазы которых соответствуют в обмотке 38 - величине и фазе сумме токов цепей фаз A, B, C трехфазной электрической установки, а в обмотке 39 - величине и фазе сумме напряжений фаз на шинах 1. Токи, сформированные напряжениями обмоток 38 и 39, выпрямляются однополупериодными выпрямителями 14 и 15 и сформированные на их выходах однополярные полупериоды токов поступают на орган сравнения фаз 13. Так как обмотки 38 и 39 включены встречно относительно друг друга, при совпадении фаз токов в силовых цепях электроустановки и фаз напряжений на шинах 1 напряжения, поступающие от обмоток 38 и 39 на вход однополупериодных выпрямителей 14 и 15, находятся в противофазе, соответственно полупериоды токов, протекающих под действием этих напряжений, на входе органа сравнения фаз сдвинуты относительно друг друга на 180^o, соответственно сигнал на выходе органа сравнения фаз 13 отсутствует, его замыкающие контакты разомкнуты. При совпадении фаз полупериодов токов, поступающих от обмоток 38 и 39 на вход органа сравнения фаз 13, сигнал на его выходе имеет наибольшую величину и при достаточно большой величине напряжений обмоток 38 и 39 его величина превышает заданное пороговое значение и обеспечивает замыкание замыкающих контактов 54.

При нормальном режиме работы и отсутствии короткого замыкания в цепях электроустановки сумма токов вторичных обмоток трансформаторов тока 5-7 незначительна и не превышает уровня небаланса, на который настроена защита. Соответственно ток, поступающий от вторичной обмотки первого суммирующего трансформатора через выпрямительный мост 12 на вход поляризованного порогового органа 11, не превышает заданного порогового уровня, его замыкающие контакты 27 и 55 разомкнуты, на вход органа сравнения фаз 13 поступает лишь небольшой однополупериодный ток от секции с наименьшим числом витков обмотки 38, которого не достаточно для срабатывания защиты.

При превышении суммы токов вторичных обмоток трансформаторов тока 5-7 заданного порогового уровня на выходе поляризованного порогового органа 11 появляется сигнал, обеспечивающий замыкание замыкающих контактов 27 и 55. При этом на вход органа сравнения фаз 13 поступает сумма однополупериодных токов от секций с наименьшими числами витков обмоток 40 и 39. При превышении переменной составляющей указанной суммы заданного порогового значения, что может иметь место при близком к. з., на выходе органа сравнения фаз 13 появляется сигнал, замыкающий замыкающие контакты 54, что приводит к срабатыванию защиты отключающей выключатели 2-4 и соответственно отключающей электроустановку от шин. В случае, если переменная составляющая суммы однополупериодных токов не превышает заданного порогового уровня, через заданный первый промежуток времени замыкаются замыкающие контакты 57 реле времени 56 и подключают обмотку 60 первого промежуточного реле к источнику постоянного напряжения, замыкающие контакты 47 и 51 первого промежуточного реле замыкаются, а его размыкающие контакты 52 и 48 размыкаются, при этом на вход органа сравнения фаз 13 поступают токи большей величины от секций вторичных обмоток 38 и 39 с большим числом витков, в случае превышения переменной составляющей тока на входе органа сравнения фаз порогового уровня срабатывает защита и электроустановка отключается от шин. Если защита на этом этапе не сработает, то через второй заданный промежуток времени замыкаются вторые замыкающие контакты 58 реле времени и подключают к источнику постоянного напряжения обмотку второго промежуточного реле 59, замыкающие контакты 46 и 50 которого замыкаются, а его размыкающие контакты 53 и 49 размыкаются, что приводит к подключению на вход органа сравнения фаз 13 токов большей величины от секций вторичных обмоток 38, 39 с большим числом витков. При превышении уровня переменной составляющей суммы указанных токов порогового уровня срабатывает защита и отключает электроустановку от шин.

Источники информации
1. ЧЕРНОБРОВОВ Н.В. Релейная защита. М.: Энергия, 1971.

2. ОВЧИННИКОВ В.В. Реле РНТ в схемах дифференциальных защит. М.: Энергия, 1973, с. 27-39.

3. ФОКИН Г. Г. и др. Панели дистанционных защит ПЗ-2/1 и ПЗ-2/2. М.: Энергия, 1975, с. 22-24.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к релейной защите и может быть использовано в качестве защиты от разного вида коротких замыканий в сетях любой конфигурации, обеспечивающей селективность и чувствительность. Техническим результатом является повышение чувствительности и расширение функциональных возможностей. В предложенном изобретении для получения информации о токе в трехфазной электроустановке и напряжении в линии используется по одному сигналу, частота которого соответствует частоте напряжения контролируемой линии, за счет чего обеспечивается упрощение и повышение чувствительности защиты. Применение реле времени и переключение с их помощью секций вторичных обмоток суммирующих трансформаторов через заданные на реле времени временные промежутки обеспечивает селективность действия предложенной защиты. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ дистанционно-фазной защиты трехфазной электрической установки, в соответствии с которым контролируют токи электроустановки и напряжение на шинах подстанции, к которым через выключатели подключена электроустановка, формируют первый токовый сигнал I₁, соответствующий фазе и величине тока электроустановки, и второй токовый сигнал I₂, соответствующий напряжению на шинах, отличающийся тем, что первый токовый сигнал формируют путем суммирования токов вторичных обмоток трансформаторов тока, первичные обмотки которых включены в рассечки силовых цепей соответствующих фаз электроустановки, второй токовый сигнал формируют путем суммирования токов, сформированных фазовыми напряжениями шин и соответствующих величинам и фазам соответствующих фазных напряжений, при превышении первого токового сигнала заданного первого порогового уровня начинают отсчет времени, в каждый момент времени t_i, где i = 0, 1, 2. . . n, t₀ соответствует началу отсчета, а каждый последующий момент времени отстоит от предыдущего на соответствующий заданный промежуток времени, формируют первый I_1i и второй I_2i токовые сигналы соответствующей i-й зоны, при этом I_1i= к_1iI₁, I_2i= к_2iI₂, где к_1i и к_2i - коэффициенты пропорциональности и к_1i<к_1(i+1), к_2i<к_2(i+1), путем однополупериодного выпрямления первого и второго токовых сигналов соответствующей зоны формируют соответствующие однополупериодные сигналы одинаковой полярности, при этом на соответствующие однополупериодные выпрямители первый и второй однополупериодные сигналы подают в противофазе, формируют результирующий сигнал соответствующей зоны путем суммирования первого и второго однополупериодных токовых сигналов соответствующей зоны, при превышении какого-либо результирующего сигнала заданного второго порогового уровня отключают трехфазную электрическую установку от шин. 2. Устройство дистанционно-фазной защиты трехфазной электрической установки, силовые цепи которой подключены к шинам подстанции через выключатели, содержащее трансформаторы тока и трансформаторы напряжения, первичные обмотки трансформаторов тока включены в рассечки силовых цепей соответствующих фаз трехфазной электрической установки, а первичные обмотки трансформаторов напряжения подключены к соответствующим фазам шин, отличающееся тем, что вторичные обмотки трансформаторов тока и трансформаторов напряжения соединены по схеме "звезда" и соединены с соответствующими выводами трех первичных обмоток соответственно первого и второго суммирующих трансформаторов, объединенных одноименными выводами, секционированная вторичная обмотка первого суммирующего трансформатора подключена крайними выводами к входу выпрямительного моста, выходные выводы которого соединены с соответствующими входными выводами поляризованного порогового органа, сигнал с выхода которого предназначен для управления его первыми замыкающими контактами, формирующими с выходом источника постоянного напряжения и входом реле времени последовательный замкнутый контур, и вторыми замыкающими контактами порогового органа, через которые и через включенный последовательно с ними второй однополупериодный выпрямитель выход секционированной вторичной обмотки второго суммирующего трансформатора соединен с входом органа сравнения фаз, к которому через первый однополупериодный выпрямитель подключен выход секционированной вторичной обмотки первого суммирующего трансформатора, замыкающие контакты органа сравнения фаз включены последовательно в цепь отключения выключателей, кроме того, устройство содержит n промежуточных реле, вход управления каждого из которых через свои третьи замыкающие контакты подключены к выходу источника постоянного напряжения, параллельно третьим замыкающим контактам каждого i-го (i= 1, 2. . . n) промежуточного реле включены i-е замыкающие контакты реле времени, первые выводы выходов секционированных вторичных обмоток суммирующих трансформаторов образованы их первыми крайними выводами, первые промежуточные выводы секционированных вторичных обмоток первого и второго суммирующих трансформаторов соединены с их вторыми выходными выводами через последовательно соединенные соответствующие первые и вторые размыкающие контакты каждого из n промежуточных реле, каждый i-й кроме первого промежуточный вывод секционированных вторичных обмоток первого и второго суммирующих трансформаторов соединен с их вторыми выходными выводами через последовательно соединенные соответствующие первые и вторые размыкающие контакты каждого с i-го по n-е промежуточного реле и соответствующие первые и вторые замыкающие контакты (i-1)-го промежуточного реле, другой крайний вывод секционированной вторичной обмотки каждого из суммирующих трансформаторов соединен с их вторыми выходными выводами через соответствующие первый и второй замыкающие контакты n-го промежуточного реле, при этом первый и второй однополупериодный выпрямители подключены к входу органа сравнения фаз одноименными выводами, а вторичные обмотки первого и второго суммирующих трансформаторов тока связаны с одноименными выводами соответствующих однополупериодных выпрямителей разноименными выводами, время срабатывания i-х замыкающих контактов реле времени больше времени срабатывания его (i-1)-х замыкающих контактов. 3. Устройство защиты по п. 2, отличающееся тем, что первичные обмотки первого и/или второго суммирующих трансформаторов выполнены с одинаковыми числами витков. 4. Устройство защиты по п. 2, отличающееся тем, что первичные обмотки первого и/или второго суммирующих трансформаторов выполнены с разными числами витков.