УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОТ ОДНОФАЗНЫХ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ ВОЗДУШНЫХ И КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ 6-35 кВ Российский патент 2015 года по МПК H02H3/16 

Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики и может быть использовано для релейной защиты линий электропередачи распределительных сетей напряжением 6-35 кВ.

Известно устройство защиты распределительных сетей от однофазных замыканий на землю (ОЗЗ), использующее информацию токов и напряжений нулевых каналов измерительных трансформаторов, содержащее орган направления мощности (OHM), реагирующий на начальный знак мгновенной мощности переходного процесса, пусковой орган (ПО), реагирующий на напряжение нулевой последовательности промышленной частоты, частотные фильтры, элемент И, служащий для фиксации совместного срабатывания указанных органов, а также реле времени и выходные реле (Релейная защита, основанная на контроле переходных процессов / Попов И.Н., Лачугин В.Ф., Соколова Г.В. - М., Энергоатомиздат, 1986 г.).

Недостатком этого устройства является отрицательное воздействие токов и напряжений высокой частоты на работу органа направления мощности, ограничивающее помехоустойчивость и ухудшающее селективность защиты.

Известно устройство защиты от однофазных замыканий на землю воздушных и кабельных линий распределительных сетей 6-35 кВ, содержащее орган направления мощности, состоящий из согласующих преобразователей тока и напряжения трансформаторного типа, двух частотных фильтров, двух фильтров аварийных составляющих, схемы сравнения знаков тока и напряжения, двух одновибраторов, двух элементов запрета, и пусковой орган, состоящий из фильтра промышленной частоты, элемента запрета, реле напряжения, а также элемент И, элемент времени, два выходных реле, два одновибратора, при этом вход согласующего преобразователя тока трансформаторного типа соединен с вторичными цепями тока нулевой последовательности защищаемой линии, а выход через последовательно соединенные первый фильтр аварийных составляющих и первый фильтр низких частот соединен с первым входом схемы сравнения знаков тока и напряжения, вход согласующего преобразователя напряжения трансформаторного типа соединен с вторичными цепями напряжения нулевой последовательности секции (системы) сборных шин, к которой подключена защищаемая линия, а первый выход через последовательно соединенные второй фильтр аварийных составляющих и второй фильтр низких частот соединен со вторым входом схемы сравнения знаков тока и напряжения, второй выход согласующего преобразователя напряжения трансформаторного типа через фильтр промышленной частоты соединен с входом реле напряжения, выход которого соединен с первым входом элемента И и через первый элемент запрета соединен с входом запрета первого одновибратора, первый выход схемы сравнения знаков тока и напряжения соединен с разрешающим входом первого одновибратора, выход которого соединен со вторым входом элемента И и входом второго элемента запрета, а второй выход схемы сравнения знаков тока и напряжения - с разрешающим входом второго одновибратора, выход которого соединен с входом третьего элемента запрета и входом первого выходного реле, выход третьего элемента запрета соединен с входом запрета первого одновибратора, выход второго элемента запрета соединен с входом запрета второго одновибратора, выход элемента И соединен со вторым входом элемента И и через элемент времени с входом второго выходного реле (Лачугин В.Ф. Экспериментальные исследования импульсной защиты от замыканий на землю воздушных и кабельных сетей с компенсированной нейтралью, Электрические станции, 2005, №8).

Недостатком этого устройства является снижение надежности и устойчивости функционирования устройства защиты от однофазных замыканий на землю воздушных и кабельных линий распределительных сетей 6-35 кВ в условиях имеющих место различий в развитии однофазного замыкания на землю (ОЗЗ), обусловленных медленным снижением сопротивления изоляции в сети в течение нескольких периодов промышленной частоты при ОЗЗ.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое техническое решение, является повышение надежности и устойчивости функционирования устройства защиты от однофазных замыканий на землю воздушных и кабельных линий распределительных сетей 6-35 кВ.

Технический результат достигается тем, что в устройство защиты от однофазных замыканий на землю воздушных и кабельных линий распределительных сетей 6-35 кВ, содержащее орган направления мощности, состоящий из согласующих преобразователей тока и напряжения трансформаторного типа, двух фильтров низких частот, двух фильтров аварийных составляющих, схемы сравнения знаков тока и напряжения, двух одновибраторов, двух элементов запрета, и пусковой орган, состоящий из фильтра промышленной частоты, одного элемента запрета, реле напряжения, а также содержащее элемент И, элемент времени, два выходных реле, при этом вход согласующего преобразователя тока трансформаторного типа соединен с вторичными цепями тока нулевой последовательности защищаемой линии, а выход через последовательно соединенные первый фильтр аварийных составляющих и первый фильтр низких частот соединен с первым входом схемы сравнения знаков тока и напряжения, вход согласующего преобразователя напряжения трансформаторного типа соединен с вторичными цепями напряжения нулевой последовательности секции (системы) сборных шин, к которой подключена защищаемая линия, а первый выход через последовательно соединенные второй фильтр аварийных составляющих и второй фильтр низких частот соединен со вторым входом схемы сравнения знаков тока и напряжения, второй выход согласующего преобразователя напряжения трансформаторного типа через фильтр промышленной частоты соединен с входом реле напряжения, выход которого соединен с первым входом элемента И и через первый элемент запрета соединен с входом запрета первого одновибратора, первый выход схемы сравнения знаков тока и напряжения соединен с разрешающим входом первого одновибратора, выход которого соединен со вторым входом элемента И и входом второго элемента запрета, а второй выход схемы сравнения знаков тока и напряжения - с разрешающим входом второго одновибратора, выход которого соединен с входом третьего элемента запрета и входом первого выходного реле, выход третьего элемента запрета соединен с входом запрета первого одновибратора, выход второго элемента запрета соединен с входом запрета второго одновибратора, выход элемента И соединен со вторым входом элемента И и через элемент времени с входом второго выходного реле, дополнительно введены три пороговых органа и три выходных реле, фильтр промышленной частоты, схема сравнения, элемент И, элемент ИЛИ и элемент времени, вход первого дополнительного выходного реле через дополнительный элемент времени соединен с выходом дополнительного элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом первого дополнительного порогового органа, вход которого соединен с выходом дополнительного фильтра промышленной частоты, вход которого соединен с выходом согласующего преобразователя тока трансформаторного типа, а второй вход дополнительного элемента ИЛИ соединен с выходом реле напряжения, второй выход согласующего преобразователя напряжения трансформаторного типа через фильтр промышленной частоты соединен с первым входом дополнительной схемы сравнения, второй вход которой соединен с выходом дополнительного фильтра промышленной частоты, первый выход дополнительной схемы сравнения через второй дополнительный пороговый орган соединен с первым входом дополнительного элемента И, а второй выход дополнительной схемы сравнения через третий дополнительный пороговый орган соединен со вторым дополнительным выходным реле, выход дополнительного элемента И соединен с первым входом дополнительного элемента И и с третьим дополнительным выходным реле, а второй вход дополнительного элемента И соединен с выходом реле напряжения.

Введенное в устройство подсоединение согласующего преобразователя тока трансформаторного типа к последовательно соединенным дополнительному фильтру промышленной частоты, первому дополнительному пороговому органу, дополнительному элементу ИЛИ, дополнительному элементу времени и первому дополнительному выходному реле позволяет повысить надежность определения однофазных замыканий на землю в сети 6-35 кВ в широком диапазоне изменения схемы сети и сопротивления дуги в месте ОЗЗ, при которых напряжение нулевой последовательности не всегда может оказаться достаточным для контроля ОЗЗ, на что указывают результаты испытаний устройств, приведенные в статье «Лачугин В.Ф. Экспериментальные исследования импульсной защиты от замыканий на землю воздушных и кабельных сетей с компенсированной нейтралью, Электрические станции, 2005, №8».

Введенное в устройство подсоединение согласующего преобразователя тока трансформаторного типа и согласующего преобразователя напряжения трансформаторного типа через фильтры промышленной частоты к дополнительной схеме сравнения, выходы которой через второй и третий дополнительные пороговые органы, дополнительный элемент И связаны соответственно со вторым и третьим выходными реле, а выход дополнительного элемента И соединен с первым входом дополнительного элемента И, позволяет повысить устойчивость функционирования устройства защиты от однофазных замыканий на землю в сети 6-35 кВ при медленном снижении сопротивления изоляции сети в течение нескольких периодов промышленной частоты, особенно в сети с изолированной нейтралью и в сети с резистивным заземлением нейтрали, а также при перемежающейся дуге ОЗЗ.

Сущность предложенного изобретения поясняется чертежом, где изображена схема устройства защиты от однофазных замыканий на землю воздушных и кабельных линий распределительных сетей 6-35 кВ.

Устройство содержит согласующий преобразователь 1 тока трансформаторного типа, выход которого через последовательно соединенные фильтр 2 аварийных составляющих и фильтр 3 низких частот соединен с первым входом схемы 4 сравнения, согласующий преобразователь 5 напряжения трансформаторного типа, первый выход которого через последовательно соединенные второй фильтр 6 аварийных составляющих и фильтр 7 низких частот соединен со вторым входом схемы 4 сравнения знаков тока и напряжения, а второй выход согласующего преобразователя 5 напряжения трансформаторного типа через фильтр 8 промышленной частоты соединен с входом реле 9 напряжения, выход которого через элемент 10 запрета соединен с входом запрета одновибратора 11, а также с первым входом элемента 12 И, первый выход схемы 4 сравнения знаков тока и напряжения соединен с разрешающим входом одновибратора 11, выход которого соединен со вторым входом элемента 12 И, входом элемента 13 запрета, а второй выход схемы 4 сравнения знаков тока и напряжения соединен с разрешающим входом одновибратора 14, выход которого соединен с входом выходного реле 15 и с входом элемента 16 запрета, выход которого соединен с входом запрета одновибратора 11, выход элемента 13 запрета соединен с входом запрета одновибратора 14, а выход элемента 12 И соединен со вторым входом элемента 12 И и через элемент 17 времени с входом выходного реле 18, вход выходного реле 19 через элемент 20 времени соединен с выходом элемента 21 ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом порогового органа 22, вход которого соединен с выходом фильтра 23 промышленной частоты, вход которого соединен с выходом согласующего преобразователя 1 тока трансформаторного типа, а второй вход элемента 21 ИЛИ соединен с выходом реле 9 напряжения, второй выход согласующего преобразователя 5 напряжения трансформаторного типа через фильтр 8 промышленной частоты соединен с первым входом схемы 24 сравнения, второй вход которой соединен с выходом фильтра 23 промышленной частоты, первый выход схемы 24 сравнения через пороговый орган 25 соединен с первым входом элемента 26 И, а второй выход схемы 24 сравнения через пороговый орган 27 соединен с выходным реле 28, выход элемента 26 И соединен с первым входом дополнительного элемента 26 И и с выходным реле 29, а второй вход элемента 26 И соединен с выходом реле 9 напряжения.

При этом согласующие преобразователи 1 и 5 трансформаторного типа, фильтры 2 и 6 аварийных составляющих, фильтры 3 и 7 низких частот, схема 4 сравнения знаков тока и напряжения, одновибраторы 11 и 14, элементы 13 и 16 запрета составляют орган направления мощности, а фильтр 8 промышленной частоты, элемент 10 запрета и реле 9 напряжения составляют пусковой орган.

Устройство работает следующим образом.

При ОЗЗ в сети 6-35 кВ напряжение 3U₀ со второго выхода преобразователя напряжения 5 трансформаторного типа через фильтр 8 промышленной частоты подается на вход реле 9 напряжения, которое срабатывает через 20-25 мс в соответствие с требованием по отстройке от коммутаций в сети, не связанных с ОЗЗ. С выхода реле 9 напряжения сигнал подается на второй вход элемента 21 ИЛИ и через реле 20 времени и выходное реле 19 фиксируется ОЗЗ. Ток промышленной частоты, поступающий через фильтр 23 промышленной частоты, приводит к срабатыванию порогового элемента 22, выходной сигнал которого через элемент 21 ИЛИ позволяет с помощью реле 20 времени и выходного реле 19 подтвердить фиксацию ОЗЗ, что способствует повышению надежности определения ОЗЗ, особенно при работе сети с изолированной нейтралью и при резистивном заземлении нейтрали.

При ОЗЗ на линии электропередачи (ЛЭП) 6-35 кВ в защищаемом направлении сигналы с вторичных цепей тока нулевой последовательности 3I₀ ЛЭП через согласующий преобразователь 1 тока трансформаторного типа, фильтр 2 аварийных составляющих и фильтр 3 низких частот нулевого канала, а сигналы с вторичных цепей напряжения нулевой последовательности 3U_o через согласующий преобразователь 5 напряжения трансформаторного типа, фильтр 6 аварийных составляющих и фильтр 7 низких частот воздействуют на схему 4 сравнения знаков тока и напряжения аварийных составляющих в диапазоне низких частот.

Первым формируется сигнал на первом (рабочем) выходе схемы 4 сравнения знаков тока и напряжения. С этого выхода сигнал поступает на вход одновибратора 11, фиксирующего срабатывание устройства в защищаемом направлении, переводя его в неустойчивое состояние на 400-600 мс, соответствующее длительности затухания переходного процесса, и блокирующего одновибратор 14 через элемент 13 запрета.

При появлении на обоих входах элемента 12 И сигналов от одновибратора 11 и реле 9 напряжения происходит срабатывание элемента 12 И с фиксацией состояния срабатывания от одновибратора 11 и запуск элемента 17 времени. Если замыкание на землю превышает 1,5-2 с - время срабатывания элемента 17 времени, то срабатывает выходное реле 18, фиксирующее установившееся ОЗЗ. Если же время существования замыкания на землю меньше 1,5-2 с, то в исходное состояние возвращаются реле 9 напряжения и элемент 12 И, вследствие чего исчезает сигнал на входе элемента 17 времени и выходное реле 18 не срабатывает.

Кроме того, сигналы тока тракта нулевой последовательности 3I₀ ЛЭП через согласующий преобразователь 1 тока трансформаторного типа и фильтр 23 промышленной частоты, а сигналы напряжения тракта нулевой последовательности 3U₀ через фильтр 8 промышленной частоты воздействуют на схему 24 сравнения знаков тока и напряжения. На первом (рабочем) выходе схемы 24 сравнения знаков тока и напряжения промышленной частоты формируется сигнал, приводящий к срабатыванию порогового элемента 25. При появлении на обоих входах элемента 26 И сигналов от порогового элемента 25 и реле 9 напряжения происходит срабатывание элемента 27 И с фиксацией состояния срабатывания по связи выход элемента 26 И - первый вход элемента 26 И и срабатывание выходного реле 29, способствуя повышению надежности и устойчивости определения ОЗЗ в широком диапазоне изменения схемы сети и значений переходного сопротивления в месте ОЗЗ, а также при перемежающейся дуге ОЗЗ.

При ОЗЗ вне зоны защиты данной ЛЭП 6-35 кВ сигналы каналов напряжения 3U₀ и каналов тока 3I₀ соответственно через согласующий преобразователь 5 напряжения трансформаторного типа, фильтр 6 аварийных составляющих фильтр 7 низких частот и преобразователь 1 тока трансформаторного типа, фильтр 2 аварийных составляющих, фильтр 3 низких частот поступают на входы схемы 4 сравнения знаков тока и напряжения.

Первым формируется сигнал на втором (блокирующем) выходе схемы 4 сравнения знаков тока и напряжения. С этого выхода сигнал поступает на вход одновибратора 14, фиксирующего ОЗЗ вне зоны защиты, переводя его в неустойчивое состояние на 400-600 мс, соответствующее длительности затухания переходного процесса, вызывая срабатывание выходного реле 15, фиксирующего ОЗЗ вне зоны защиты. Одновибратор 14 блокирует одновибратор 11 на это время через элемент 16 запрета. Элемент 10 запрета осуществляет непрерывное блокирование одновибратора 11 с момента появления ОЗЗ вне зоны защиты до его устранения.

Кроме того, сигналы тока тракта нулевой последовательности 3I₀ ЛЭП через согласующий преобразователь 1 тока трансформаторного типа и фильтр 23 промышленной частоты, а сигналы напряжения тракта нулевой последовательности 3U₀ через фильтр 8 промышленной частоты воздействуют на схему 24 сравнения знаков тока и напряжения. На втором (блокирующем) выходе схемы 24 сравнения знаков тока и напряжения промышленной частоты формируется сигнал, приводящий к срабатыванию порогового элемента 27 и выходного реле 28, фиксирующего ОЗЗ вне зоны защиты.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение надежности и устойчивости функционирования устройства. Устройство содержит орган направления мощности, состоящий из согласующих преобразователей тока и напряжения трансформаторного типа, двух частотных фильтров, двух фильтров аварийных составляющих, схемы сравнения знаков тока и напряжения, двух одновибраторов, двух элементов запрета, и пусковой орган, состоящий из фильтра выделения промышленной частоты, элемента запрета, реле напряжения, а также элемент И, элемент времени и два выходных реле, и дополнительно введены в заявленное устройство три пороговых органа и три выходных реле, фильтр промышленной частоты, схема сравнения, элемент И, элемент ИЛИ и элемент времени, вход первого дополнительного выходного реле через дополнительный элемент времени соединен с выходом дополнительного элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом первого дополнительного порогового органа, вход которого соединен с выходом дополнительного фильтра промышленной частоты, вход которого соединен с выходом согласующего преобразователя тока трансформаторного типа, а второй вход дополнительного элемента ИЛИ соединен с выходом реле напряжения, второй выход согласующего преобразователя напряжения трансформаторного типа через фильтр промышленной частоты соединен с первым входом дополнительной схемы сравнения, второй вход которой соединен с выходом дополнительного фильтра промышленной частоты, первый выход дополнительной схемы сравнения через второй дополнительный пороговый орган соединен с первым входом дополнительного элемента И, а второй выход дополнительной схемы сравнения через третий дополнительный пороговый орган соединен со вторым дополнительным выходным реле, выход дополнительного элемента И соединен с первым входом дополнительного элемента И и с третьим дополнительным выходным реле, а второй вход дополнительного элемента И соединен с выходом реле напряжения. 1 ил.

Устройство защиты от однофазных замыканий на землю воздушных и кабельных линий распределительных сетей 6-35 кВ, содержащее орган направления мощности, состоящий из согласующих преобразователей тока и напряжения трансформаторного типа, двух фильтров низких частот, двух фильтров аварийных составляющих, схемы сравнения знаков тока и напряжения, двух одновибраторов, двух элементов запрета, и пусковой орган, состоящий из фильтра промышленной частоты, одного элемента запрета, реле напряжения, а также содержащее элемент И, элемент времени, два выходных реле, при этом вход согласующего преобразователя тока трансформаторного типа соединен с вторичными цепями тока нулевой последовательности защищаемой линии, а выход через последовательно соединенные первый фильтр аварийных составляющих и первый фильтр низких частот соединен с первым входом схемы сравнения знаков тока и напряжения, вход согласующего преобразователя напряжения трансформаторного типа соединен с вторичными цепями напряжения нулевой последовательности секции (системы) сборных шин, к которой подключена защищаемая линия, а первый выход через последовательно соединенные второй фильтр аварийных составляющих и второй фильтр низких частот соединен со вторым входом схемы сравнения знаков тока и напряжения, второй выход согласующего преобразователя напряжения трансформаторного типа через фильтр выделения промышленной частоты соединен с входом реле напряжения, выход которого соединен с первым входом элемента И и через первый элемент запрета соединен с входом запрета первого одновибратора, первый выход схемы сравнения знаков тока и напряжения соединен с разрешающим входом первого одновибратора, выход которого соединен со вторым входом элемента И и входом второго элемента запрета, а второй выход схемы сравнения знаков тока и напряжения - с разрешающим входом второго одновибратора, выход которого соединен с входом третьего элемента запрета и входом первого выходного реле, выход третьего элемента запрета соединен с входом запрета первого одновибратора, выход второго элемента запрета соединен с входом запрета второго одновибратора, выход элемента И соединен со вторым входом элемента И и через элемент времени с входом второго выходного реле, отличающееся тем, что дополнительно введены три пороговых органа и три выходных реле, фильтр промышленной частоты, схема сравнения, элемент И, элемент ИЛИ и элемент времени, вход первого дополнительного выходного реле через дополнительный элемент времени соединен с выходом дополнительного элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом первого дополнительного порогового органа, вход которого соединен с выходом дополнительного фильтра промышленной частоты, вход которого соединен с выходом согласующего преобразователя тока трансформаторного типа, а второй вход дополнительного элемента ИЛИ соединен с выходом реле напряжения, второй выход согласующего преобразователя напряжения трансформаторного типа через фильтр промышленной частоты соединен с первым входом дополнительной схемы сравнения, второй вход которой соединен с выходом дополнительного фильтра промышленной частоты, первый выход дополнительной схемы сравнения через второй дополнительный пороговый орган соединен с первым входом дополнительного элемента И, а второй выход дополнительной схемы сравнения через третий дополнительный пороговый орган соединен со вторым дополнительным выходным реле, выход дополнительного элемента И соединен с первым входом дополнительного элемента И и с третьим дополнительным выходным реле, а второй вход дополнительного элемента И соединен с выходом реле напряжения.