УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОЙ ЗАЩИТЫ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ С ОТВЕТВЛЕНИЕМ Российский патент 2016 года по МПК H02H3/40 G01R31/08 

Предлагаемое изобретение относится к области релейной защиты элементов электрических систем и может быть использовано в качестве резервной ступени дистанционной защиты линии электропередачи с ответвлением, предназначенной для действия при коротких замыканиях за трансформатором ответвления.

Известны токовые защиты линий электропередачи с ответвлениями [Чернобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем. - М.: Энергоатомиздат, 1998, стр. 251], устанавливаемые на одной стороне линии и реагирующие на токи в месте установки защиты. Эти защиты включают реле тока, реле времени и исполнительный орган.

Недостатком токовых защит является низкая чувствительность при коротких замыканиях за трансформаторами ответвлений.

Известна и принята за прототип более чувствительная дистанционная защита линий электропередачи с ответвлениями [Чернобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем. - М: Энергоатомиздат, 1998, стр. 365], устанавливаемая на одной стороне линии и реагирующая на напряжение и ток в месте установки защиты. Это устройство защиты состоит из измерительного органа сопротивления, токовый вход которого соединен с трансформатором тока в месте установки защиты, а вход напряжения - с трансформатором напряжения системы шин в месте установки защиты. Выход измерительного органа сопротивления связан с входом органа выдержки времени, выход которого соединен с входом исполнительного органа. Выход исполнительного органа является выходом устройства в целом. При коротком замыкании за трансформатором устройство с выдержкой времени действует на отключение выключателя линии, резервируя защиту трансформатора.

Недостатком указанного устройства защиты является недостаточная в ряде случаев чувствительность к коротким замыканиям за трансформатором ответвления. Это определяется, прежде всего, тем, что на замер сопротивления при коротком замыкании за трансформатором ответвления оказывают значительное влияние токи подпитки от системы противоположного конца линии и переток мощности по линии. Кроме того, данное устройство должно отстраиваться от сопротивления, определяемого перетоком мощности по линии, которое, как правило, значительно меньше сопротивления нагрузки трансформатора ответвления.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение эффективности резервных защит линий электропередачи с ответвлениями.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение чувствительности дистанционной защиты к коротким замыканиям за трансформатором ответвления и улучшение ее отстроенности от нагрузочных режимов.

Технический результат достигается тем, что в устройство для дистанционной защиты линии электропередачи с ответвлением, на которой установлены два трансформатора тока и трансформатор напряжения, содержащее измерительный орган сопротивления, выход которого подключен к входу органа выдержки времени, выход органа выдержки времени связан с входом исполнительного органа, а выход исполнительного органа является выходом устройства, дополнительно введены: канал связи между подстанциями по концам линии, устройство передачи сигналов по каналу связи, устройство приема сигналов от канала связи, два сумматора, причем второй вход второго сумматора является инвертирующим, и преобразователь тока в напряжение, при этом вход устройства передачи сигналов подключен к трансформатору тока противоположного конца линии, а выход устройства передачи сигналов связан с входом канала связи, выход канала связи связан с входом устройства приема сигналов, выход которого подключен ко второму входу первого сумматора, первый вход первого сумматора подключен к трансформатору тока линии в месте установки защиты, к которому также подключен вход преобразователя тока в напряжение, выход преобразователя тока в напряжение связан со вторым входом второго сумматора, первый вход которого подключен к трансформатору напряжения системы шин в месте установки защиты, выход первого сумматора подключен к токовому входу измерительного органа сопротивления, а выход второго сумматора подключен к входу напряжения измерительного органа сопротивления.

На фиг. 1 представлена схема электрической сети и структурная схема предлагаемого устройства.

На фиг. 1 показаны следующие элементы электрической сети: 1 - защищаемая линия; 2 - ответвление от линии с трансформатором ответвления; 3 - энергосистема, примыкающая к подстанции в месте установки защиты; 4 - энергосистема, примыкающая к противоположному концу линии; 5 - выключатель линии в месте установки защиты; 6 - выключатель противоположного конца линии; 7 - трансформатор тока линии в месте установки защиты; 8 - трансформатор тока противоположного конца линии; 9 - трансформатор напряжения системы шип в месте установки защиты.

Устройство содержит канал связи 10 между подстанциями обоих концов линии, устройство передачи сигналов 11, устройство приема сигналов 12, первый сумматор 13, второй сумматор 14, причем второй вход второго сумматора 14 является инвертирующим, преобразователь тока в напряжение 15, измерительный орган сопротивления 16, орган выдержки времени 17 и исполнительный орган 18.

Вход устройства передачи сигнала 11 подключен к трансформатору тока противоположного конца линии 8, а выход устройства передачи сигналов 11 связан с входом канала связи 10. Выход канала связи 10 связан с входом устройства приема сигнала 12, выход которого подключен ко второму входу первого сумматора 13. К трансформатору тока линии в месте установки защиты 7 подключен первый вход первого сумматора 13 и вход преобразователя тока в напряжение 15. Выход преобразователя тока в напряжение 15 подключен ко второму входу второго сумматора 14, первый вход которого связан с трансформатором напряжения системы шин в месте установки защиты 9. Выход первого сумматора 13 подключен к токовому входу измерительного органа сопротивления 16, а выход второго сумматора 14 подключен к входу напряжения измерительного органа сопротивления 16. Выход измерительного органа сопротивления 16 подключен к входу органа выдержки времени 17. Выход органа выдержки времени подключен к входу исполнительного органа 18, выход которого является выходом устройства в целом.

Устройство защиты работает следующим образом.

На первый вход первого сумматора 13 подается ток от трансформатора тока линии в месте установки защиты 7. На второй вход этого же сумматора 13 через устройство приема сигналов 12, канал связи 10 и устройство передачи сигналов 11 подается ток от трансформатора тока противоположного конца линии 8. Поэтому на токовый вход измерительного органа сопротивления 16 с выхода сумматора 13 подается ток, равный сумме токов по концам защищаемой линии 1:

,

где $${\dot{I}}_{ЗАЩ}$$ - ток на токовом входе измерительного органа сопротивления 16;

$${\dot{I}}_1$$ - ток от трансформатора тока линии в месте установки защиты 7;

$${\dot{I}}_2$$ - ток от трансформатора тока противоположного конца линии 8.

На вход преобразователя тока в напряжение 15 подается ток от трансформатора тока линии в месте установки защиты 7. Коэффициент передачи преобразователя тока в напряжение 15 принимается равным сопротивлению защищаемой линии 1 от места установки защиты до ответвления 2. Поэтому напряжение на выходе преобразователя 15 будет равно падению напряжения от тока в месте установки защиты $${\dot{I}}_1$$ на сопротивлении части защищаемой линии 1. Это напряжение подается на второй вход второго сумматора 14, а на его первый вход подводится напряжение от трансформатора напряжения системы шин в месте установки защиты 9. Поэтому к входу напряжения измерительного органа сопротивления 16 подводится напряжение, равное:

,

где U_ЗАЩ - напряжение на втором входе измерительного органа сопротивления 16;

$${\dot{U}}_{Ш}$$ - напряжение на шинах в месте установки защиты;

$${\underset{\_}{Z}}_{Л1}$$ - сопротивление части защищаемой линии 1 от места установки защиты до места ответвления 2.

Измерительный орган сопротивления 16 предлагаемого устройства дистанционной защиты реагирует на величину сопротивления, равную:

,

где $${\underset{\_}{Z}}_{ЗАЩ}$$ - замер сопротивления на зажимах защиты.

Измерительный орган сопротивления 16 сравнивает замер сопротивления с характеристикой срабатывания и подает сигнал на вход органа выдержки времени 17, если замер сопротивления оказывается в области срабатывания защиты. Через время, равное времени срабатывания, орган выдержки времени 17 подает сигнал на вход исполнительного органа 18, выход которого является выходом устройства. С выхода исполнительного органа 18 передается сигнал о срабатывании защиты с действием па отключение выключателя линии в месте установки защиты 5.

При коротком замыкании за трансформатором ответвления 2 замер предлагаемого устройства защиты равен сопротивлению от места ответвления до места короткого замыкания.

В нагрузочном режиме сумма токов по концам защищаемой линии 1 равна току нагрузки ответвления 2. Поэтому замер сопротивления в нагрузочном режиме оказывается равным сопротивлению нагрузки ответвления 2.

При внешних коротких замыканиях за пределами защищаемой линии 1 сумма токов по концам линии также оказывается равной току ответвления 2. Поэтому замер сопротивления в этих режимах также равен сопротивлению нагрузки ответвления 2.

Для обеспечения чувствительности защиты к повреждению за трансформатором ответвления 2 характеристика срабатывания защиты должна охватывать только сумму сопротивлений: сопротивления линии от места ответвления до трансформатора и сопротивления трансформатора ответвления 2.

Для обеспечения несрабатывания в нагрузочном режиме и при внешних коротких замыканиях характеристика срабатывания защиты отстраивается только от сопротивления нагрузки трансформатора ответвления 2.

Для обеспечения селективности при повреждениях за трансформатором ответвления 2 время срабатывания органа выдержки времени 17 устройства защиты выбирается больше времени срабатывания резервной защиты трансформатора ответвления 2.

Техническим результатом применения предлагаемого устройства является обеспечение чувствительности защиты значительно выше существующей, т.к. при коротком замыкании на ответвлении 2 предлагаемое устройство оказывается как бы включенным в сеть с односторонним питанием, где отсутствует загрубляющее защиту влияние подпитки от противоположной системы 4 и перетока мощности по защищаемой линии 1.

Кроме того, для обеспечения несрабатывания в нагрузочных режимах достаточно обеспечить отстройку от сопротивления нагрузки только трансформатора ответвления 2, а не от перетока мощности по защищаемой линии 1, что значительно улучшает отстроенность от нагрузочных режимов.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение чувствительности дистанционной защиты. Устройство для дистанционной защиты линии электропередачи содержит измерительный орган сопротивления, выход которого подключен к входу органа выдержки времени, соединенного с входом исполнительного органа, выход которого является выходом устройства. Дополнительно содержит канал связи между подстанциями по концам линии, устройство передачи сигналов по каналу связи, устройство приема сигналов от канала связи, два сумматора, причем второй вход второго сумматора является инвертирующим, и преобразователь тока в напряжение. Вход устройства передачи сигналов подключен к трансформатору тока противоположного конца линии, а выход связан с входом канала связи, выход которого связан с входом устройства приема сигналов, соединенного выходом со вторым входом первого сумматора, первый вход которого подключен к трансформатору тока линии в месте установки защиты, к которому также подключен вход преобразователя тока в напряжение, выход которого связан со вторым входом второго сумматора, первый вход которого подключен к трансформатору напряжения системы шин в месте установки защиты, выход первого сумматора подключен к токовому входу измерительного органа сопротивления, а выход второго сумматора подключен к входу напряжения измерительного органа сопротивления. 1 ил.

Устройство для дистанционной защиты линии электропередачи с ответвлением, на которой установлены два трансформатора тока и трансформатор напряжения, содержащее измерительный орган сопротивления, выход которого подключен к входу органа выдержки времени, выход органа выдержки времени связан с входом исполнительного органа, а выход исполнительного органа является выходом устройства, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены канал связи между подстанциями по концам линии, устройство передачи сигналов по каналу связи, устройство приема сигналов от канала связи, два сумматора, причем второй вход второго сумматора является инвертирующим, и преобразователь тока в напряжение, при этом вход устройства передачи сигналов подключен к трансформатору тока противоположного конца линии, а выход устройства передачи сигналов связан с входом канала связи, выход канала связи связан с входом устройства приема сигналов, выход которого подключен ко второму входу первого сумматора, первый вход первого сумматора подключен к трансформатору тока линии в месте установки защиты, к которому также подключен вход преобразователя тока в напряжение, выход преобразователя тока в напряжение связан с вторым входом второго сумматора, первый вход которого подключен к трансформатору напряжения системы шин в месте установки защиты, выход первого сумматора подключен к токовому входу измерительного органа сопротивления, а выход второго сумматора подключен к входу напряжения измерительного органа сопротивления.