УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕЗЕРВНОЙ ЗАЩИТЫ ЛИНИЙ С ОТВЕТВЛЕНИЯМИ Российский патент 2005 года по МПК H02H3/26 

Изобретение относится к технике релейной защиты, а именно к резервным защитам линий с ответвлениями.

Известны устройства для резервных защит, содержащие измерительный орган, логическую часть и исполнительный орган - это токовые и дистанционные защиты (Федосеев А.М., Федосеев М.А. Релейная защита электроэнергетических систем, Москва, 1992, 528 с.).

Однако они обладают низкой чувствительностью при защите линий с ответвлениями, когда трансформатор на ответвлении имеет малую мощность, а линия - значительную длину и ток короткого замыкания (КЗ) меньше номинального тока I_HOM линии.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство для резервной защиты линий с ответвлениями, содержащее первый, второй и третий преобразователи тока для фаз А, В, С, коммутатор аналоговых сигналов, первый вход которого подключен к выходу второго преобразователя тока, а выход - к выходу первого преобразователя тока, элемент ИЛИ, ВРЕМЯ, схему сравнения трех электрических величин, выходом подключенную к первому входу элемента ИЛИ, блок работы при трехфазных КЗ, входами подключенный к выходам первого и третьего преобразователей тока и выходу схемы сравнения трех электрических величин, а первым выходом - к второму входу элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу элемента ВРЕМЯ, блок блокировки, двумя входами подключенный к второму выходу блока работы при трехфазных КЗ, третьим входом - к выходу элемента ВРЕМЯ и тремя другими входами - к приводам трех выключателей, первым выходом - к второму входу коммутатора аналоговых сигналов, и исполнительный орган, входом подключенный к второму выходу блока блокировки, а выходом - к катушкам отключения выключателей (Клецель М.Я., Никитин К.И. Резервная защита линий, реагирующая на разность модулей токов фаз и их приращение. Электричество, 1993, №10, стр.23-26).

Недостатком устройства является низкая чувствительность при КЗ за маломощными трансформаторами на ответвлениях линий значительной длины, когда токи КЗ оказываются меньше (0,12÷0,35)·I_НОМ.

Задача изобретения - повышение чувствительности резервной защиты линий с ответвлениями путем нескольких последовательных вычитаний векторов тока разных фаз с запоминанием разности предыдущего режима.

Технический результат достигается тем, что в устройство для резервной защиты линий с ответвлениями, содержащее первый, второй и третий преобразователи тока для фаз А, В, С, коммутатор аналоговых сигналов, первый вход которого подключен к выходу второго преобразователя тока, а выход - к выходу первого преобразователя тока, элемент ИЛИ, ВРЕМЯ, схему сравнения трех электрических величин, выходом подключенную к первому входу элемента ИЛИ, блок работы при трехфазных КЗ, входами подключенный к выходам первого и третьего преобразователей тока и выходу схемы сравнения трех электрических величин, а первым выходом - к второму входу элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу элемента ВРЕМЯ, блок блокировки, двумя входами подключенный к второму выходу блока работы при трехфазных КЗ, третьим входом - к выходу элемента ВРЕМЯ и тремя другими входами - к приводам трех выключателей, первым выходом - к второму входу коммутатора аналоговых сигналов, и исполнительный орган, входом подключенный к второму выходу блока блокировки, а выходом - к катушкам отключения выключателей, дополнительно вводятся три линии задержки и шесть вычитателей, первый из которых первым входом подключен к выходу первого преобразователя тока, вторым входом - к выходу второго преобразователя тока, второй вычитатель первым входом - к выходу второго преобразователя тока, а вторым входом - к выходу третьего преобразователя тока, третий вычитатель первым входом - к выходу первого преобразователя тока, а вторым входом - к выходу третьего преобразователя тока, четвертый вычитатель первым входом - к выходу первого вычитателя, а вторым входом - к выходу первой линии задержки, пятый вычитатель первым входом - к выходу второго вычитателя, а вторым входом - к выходу второй линии задержки, шестой вычитатель первым входом - к выходу третьего вычитателя, а вторым входом - к выходу третьей линии задержки, причем входы первой, второй и третьей линий задержек подключены соответственно к выходам первого, второго и третьего вычитателей, а выходы четвертого, пятого и шестого вычитателей - к входам схемы сравнения трех электрических величин.

На чертеже представлена структурная схема устройства резервной защиты линий с трансформаторами на ответвлениях.

Устройство содержит преобразователи 1, 2, 3 тока, подключенные соответственно к фазам А, В, С линии, коммутатор 4 аналоговых сигналов, первый вход которого подключен к преобразователю тока фазы В, а выход - к преобразователю тока фазы А, вычитатели 5, 6, 7 векторов токов фаз, входы которых подключены к 1, 2, 3, линии 8, 9, 10 задержки, входы которых подключены к выходам элементов 5, 6, 7, вычитатели 11, 12, 13 векторов токов предыдущего и последующего режимов, входами подключенные к выходам элементов 8, 9, 10 и выходам элементов 5, 6, 7, схему 14 сравнения трех электрических величин, состоящую из вычитателей 15, 16, 17, входами подключенных к 11, 12, 13, а выходами - к блоку 18 сравнения, блок 19 работы при трехфазных КЗ, состоящий из линий 20 и 21 задержек, входами подключенных к 1 и 3, а выходами - к входам схем 22 и 23 сравнения двух электрических величин, а выход схемы 23 - к входу элемента 24 ВРЕМЯ, элемент 25 ВРЕМЯ, вход которого подключен к 18, а выход - к элементу 27 ПАМЯТЬ, элемент 26 ВРЕМЯ, входом подключенный к выходу элемента 27, а выходом - к входу элемента 27, элемент 28 И, входы которого подключены к 27 и 23, входы элемента 29 ИЛИ подключены к выходу элемента 28 и выходу блока 18, в свою очередь выход элемента 29 подключен к входу элемента 30 ВРЕМЯ. Устройство так же содержит блок 31 блокировки при ОАПВ, включающий в себя элементы 32 и 33 ВРЕМЯ, выход элемента 32 подключен к входам элементов 35, 36 И, а выход элемента 33 - к входу элемента 34 И, элемент 37 И, выходом подключенный к входу элемента 32 и входу элемента 38 НЕ, выход которого подключен к входу элемента 33, входы элемента 37 подключены к выходам реле 39, 40, 41 положения "включено", выход реле 39 подключен к второму входу элемента 4, исполнительный орган 42, входом подключенный к выходам элементов 34, 35, 36, а выходом - к выключателям 43, 44, 45, которые в свою очередь подключены к 39, 40, 41 соответственно.

Устройство работает следующим образом.

В режиме симметричной нагрузки при первом вычитании векторов токов фаз А, В, С в элементах 5, 6 и 7 получаются следующие разности:

где - векторы тока нагрузки соответственно в фазах А, В, С.

Далее из текущей разности в элементах 11, 12 и 13 вычитаются разности векторов токов, соответственно которые были в предыдущем режиме, в данном случае за 0,1 с до измеряемой текущей разности (0,1 с - время задержки элементов 8, 9, 10) и в режиме без двухфазного КЗ:

где I_нб - ток небаланса при максимальном рабочем токе нагрузки линии или при ее самозапуске.

Затем производится векторное вычитание полученных разностей в вычитателях 15, 16 и 17:

где - ток небаланса, равный (0,1-0.2)·I_HOM.

Поэтому для органов защиты, предназначенных для действия при двухфазном коротком замыкании, ток срабатывания защиты выбирается по следующей формуле:

где К_отс - коэффициент отстройки, равный 1,2.

В режиме двухфазного КЗ за трансформаторами ответвлений токи, протекающие через трансформаторы тока (ТТ) резервной защиты линии, оказываются значительно меньшими номинального тока нагрузки линии, и она продолжает нести нагрузку. В результате, например, при КЗ между фазами В и С, через ТТ фаз А, В, С протекают токи:

где - ток короткого замыкания.

На выходе элементов 5, 6, 7 имеем:

где - векторы токов нагрузки доаварийного режима в фазах А, В, С; - векторы токов нагрузки в фазах А, В, С в доаварийном режиме трансформатора, на котором произошло КЗ. На выходе вычитателя 11 имеем:

Аналогично на выходах элементов 12 и 13:

На выходе элемента 15 получаем:

Аналогично на выходах элементов 16 и 17:

Полученные на выходе элементов 15, 16, 17 величины, каждая в отдельности, сравниваются в блоке 18 с током I_СЗ, и, если хотя бы одна из них больше I_СЗ, на выходе блока 14 появляется сигнал. Начинает работать элемент 30 ВРЕМЯ и через выдержку времени t₁ подает логическую "единицу" на элемент 36 И, на другом входе которого сигнал уже присутствует. Исполнительный орган 42 отключает выключатели 43, 44 и 45.

Если КЗ трехфазное, то на входах схемы 22 возникает разность напряжений, так как на первом входе сигнал увеличился, а на втором элемент 20 задерживает увеличение сигнала на время t₂=t_сз+2Δt (t_сз - время самозапуска электродвигателей; Δt - время запаса). Соответственно, при самозапуске в элементе 22 сигнал отсутствует, а при коротком замыкании - присутствует и запускает элемент 24 ВРЕМЯ, который через время Δt подает сигнал на элемент 35, на другой вход которого сигнал был подан при включении линии в работу.

Если двухфазное КЗ на стороне низшего напряжения трансформатора ответвления переходит в трехфазное, то через t_вкл>(0,1-0,2)с, определяемое отстройкой от разновременного включения выключателей фаз, срабатывает элемент 25 ВРЕМЯ. При этом элемент 27 ПАМЯТЬ запоминает сигнал и подает его на логический элемент 28 И, на другой вход которого сигнал поступает от 23. Элемент 28 И подает сигнал на элемент 29 ИЛИ и через время работы элемента 30 ВРЕМЯ защита срабатывает. Через время t₃=t₂+Δt элемент 26 ВРЕМЯ стирает память. Отстройка схемы 23 производится по току нагрузки трансформатора ответвления с наибольшей мощностью.

При отключении релейной защиты выключателя одной из фаз и неуспешных ОАПВ на соответствующем входе, а следовательно, и на выходе элемента 37 И сигналы исчезнут. Не будет сигнала и на выходе элемента 36 И. Таким образом, действие защиты при двухфазных КЗ блокируется. Если, например, отключился выключатель 43, то элемент 4 переключает схему 22 на элемент 3, чтобы при этом работа схемы 22 не блокировалась, сигнал с выхода элемента 37 И инвертируется элементом 38 HE, и через время t₄ (времена работы элементов 32 и 33 ВРЕМЯ одинаковы, t₄=t₅=t_сз+3Δt) сигнал с 22 подается на отключение выключателей фаз линии через элемент 34 И. Для исключения срабатывания схемы 22 при включении линии, действие которой блокируется с помощью элемента 32 ВРЕМЯ, если включаются все три фазы и с помощью элемента 33, если две.

Коэффициент К_Ч чувствительности, которым характеризуется чувствительность защит, определяется но общеизвестной формуле (для резервных защит К_Ч=1,2):

где I_р - ток в реле при КЗ; I_C.P. - ток срабатывания реле.

Ток в реле будем рассматривать при крайнем случае, когда вектора находятся в противофазе. I_p и I_C.P. определяются по следующим формулам:

где I_HTP - ток нагрузки трансформатора, на котором произошло КЗ; n_TT - коэффициент трансформации ТТ.

Из (6) и (7), после простых преобразований, получим минимальный ток КЗ, на который реагирует устройство:

При изменении I_HTP в пределах (0,05-0,3)·I_HOM и имеем:

I_КЗМИН=(0,07-0,2)·I_НОМ.

Таким образом, защита способна отключать токи КЗ, равные I_КЗМИН≤0,1·I_HOM при и I_HTP≤0,12·I_HOM или и I_HTP≤0,15·I_HOM.

Следовательно, устройство реагирует на токи короткого замыкания, значительно меньшие максимального тока нагрузки линии, и поэтому чувствительнее, чем известные.

Технико-экономическая эффективность заключается в том, что предлагаемое устройство исключает возможность разрушения трансформатора при отказе его защиты или коммутационных элементов во время КЗ на стороне низшего напряжения.

Изобретение относится к технике релейной защиты, а именно к резервным защитам линий с ответвлениями. Технический результат заключается в повышении чувствительности резервной защиты линий с ответвлениями путем нескольких последовательных вычитаний векторов тока разных фаз с запоминанием разности предыдущего режима. Для этого устройство содержит три преобразователя тока для фаз А, В, С, коммутатор аналоговых сигналов, элемент ИЛИ, ВРЕМЯ, схему сравнения трех электрических величин, блок работы при трехфазных КЗ, блок блокировки, исполнительный орган, три выключателя, а также введены три линии задержки и шесть вычитателей. 1 ил.

Устройство для резервной защиты линий с ответвлениями, содержащее первый, второй и третий преобразователи тока для фаз А, В, С, коммутатор аналоговых сигналов, первый вход которого подключен к выходу второго преобразователя тока, а выход - к выходу первого преобразователя тока, элемент ИЛИ, ВРЕМЯ, схему сравнения трех электрических величин, выходом подключенную к первому входу элемента ИЛИ, блок работы при трехфазных КЗ, входами подключенный к выходам первого и третьего преобразователей тока и выходу схемы сравнения трех электрических величин, а первым выходом - к второму входу элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу элемента ВРЕМЯ, блок блокировки, двумя входами подключенный к второму выходу блока работы при трехфазных КЗ, третьим входом - к выходу элемента ВРЕМЯ и тремя другими входами - к приводам трех выключателей, первым выходом - к второму входу коммутатора аналоговых сигналов, исполнительный орган, входом подключенный к второму выходу блока блокировки, а выходом - к катушкам отключения выключателей, отличающееся тем, что дополнительно введены три линии задержки и шесть вычитателей, первый из которых первым входом подключен к выходу первого преобразователя тока, вторым входом - к выходу второго преобразователя тока, второй вычитатель первым входом - к выходу второго преобразователя тока, а вторым входом - к выходу третьего преобразователя тока, третий вычитатель первым входом - к выходу первого преобразователя тока, а вторым входом - к выходу третьего преобразователя тока, четвертый вычитатель первым входом - к выходу первого вычитателя, а вторым входом - к выходу первой линии задержки, пятый вычитатель первым входом - к выходу второго вычитателя, а вторым входом - к выходу второй линии задержки, шестой вычитатель первым входом - к выходу третьего вычитателя, а вторым входом - к выходу третьей линии задержки, причем входы первой, второй и третьей линий задержек подключены соответственно к выходам первого, второго и третьего вычитателей, а выходы четвертого, пятого и шестого вычитателей - к входам схемы сравнения трех электрических величин.