СПОСОБ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ОТКЛЮЧЕННОЙ В ЦИКЛЕ ОАПВ ФАЗЫ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ С ШУНТИРУЮЩИМИ РЕАКТОРАМИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2019 года по МПК H02H3/06 H02H7/26 

Изобретение относится к релейной защите и автоматике линий электропередачи (далее, ЛЭП) переменного тока сверхвысокого напряжения (далее, СВН) с ненулевой степенью компенсации рабочей емкости и может быть применено для определения факта погасания дуги подпитки или наличия устойчивого короткого замыкания во время бестоковой паузы однофазного автоматического повторного включения (далее, ОАПВ).

Если на линии электропередачи установлен один и более шунтирующий реактор (далее, ШР), и имеет место ненулевая степень компенсации рабочей емкости, то восстанавливающееся после погасания дуги напряжение в отключенной фазе будет иметь характер биений. Эти биения вызваны появлением в напряжении свободной составляющей с частотой ω_св, которая зависит непосредственно от степени компенсации рабочей емкости и может быть найдена по формуле из литературы (Беляков Н.Н., Кадомская К.П., Левинштейн М.Л. и др.; Под ред. Левинштейна М.Л. Процессы при однофазном автоматическом повторном включении линий высоких напряжений. - М.: Энергоатомиздат, 1991. - 256):

где,

- ω_пр - угловая частота принужденной составляющей напряжения (рад/с);

- K_р - степень компенсации рабочей емкости.

Степень компенсации рабочей емкости K_р вычисляется по формуле:

где,

- B_р - суммарная проводимость ШР, подключенных к линии в цикле ОАПВ (Сим);

- B₁ - поперечная проводимость линии по прямой последовательности (Сим).

Известен способ определения факта погасания дуги по напряжению отключенной фазы с электрическим выносом трансформатора напряжения на середину линии по току нулевой последовательности (Беляков Н.Н., Кадомская К.П., Левинштейн М Л и др.; Под ред. Левинштейна М. Л. Процессы при однофазном автоматическом повторном включении линий высоких напряжений. - М.: Энергоатомиздат, 1991. - 256 с.). Способ заключается в измерении напряжения на отключенной фазе, тока нулевой последовательности, расчете компенсированного напряжения и сравнение его с уставкой.

Компенсированное напряжение рассчитывается по формуле:

где,

- U_о.ф - напряжение, измеренное на отключенной фазе (В);

- I₀ - измеренный ток нулевой последовательности (А);

- Z₀, Z₁ - сопротивления ЛЭП по нулевой и прямой последовательностям, (Ом).

Это соответствует компенсации половины максимального напряжения горения дуги. Коэффициент 0,5 увеличивает чувствительность РН (далее, реле напряжения) при КЗ (далее, короткое замыкание)в конце ЛЭП в 2 раза, но ухудшает ее при КЗ в начале ЛЭП, где напряжение горения дуги нулевое. Сигнал срабатывания реле напряжения в условиях биений может носить прерывистый характер, с паузами в минимумах амплитуды биений. Это препятствует набору задержки на срабатывание, выбираемой исходя из времени деионизации среды, в течение которого возможен повторный пробой дугового промежутка. Данный способ определяет факт погасания дуги только в первом периоде биений, поэтому он не подходит для степеней компенсации рабочей емкости, при которых время деионизации среды превышает длительность одного периода биений.

Аналог имеет следующие недостатки:

- при наличии компенсации ухудшается чувствительность при КЗ в начале ЛЭП;

- ограничение по времени длительности периода биений.

Известен способ определения факта погасания дуги при низкой степени компенсации рабочей емкости, основанный на измерении и сравнении с заданной длительности между переходами напряжения в отключенной фазе через ноль (SU 1418840 A1, опубликовано 23.08.1988 г.), принятый за прототип. Способ заключается в том, что измеряют напряжение на каждой отключенной фазе и сравнивают с уставкой, определяемой отсройкой от близких коротких замыканий, фиксируют превышение измеренным напряжением величины уставки в течение времени необходимого для восстановления прочности воздушного промежутка и для организации повторного включения отключенных фаз, измеряют длительности интервалов между переходами через нулевые значения напряжений отключенных фаз и в случае превышения ими уставки, величина которой соответствует минимальному значению частоты в системе в течение всего указанного интервала времени контроля за величиной напряжения, формируют сигнал о погасании дуги подпитки.

Способ по ближайшему аналогу осуществляется с помощью устройства, содержащего трансформатор напряжения, одним выходом последовательно соединенный с блоком измерения напряжения аварийной фазы, выход которого соединен с входом порогового элемента, выходом соединенного с первым входом логического элемента И, выходом соединенного с элементом «задержка», транформатор напряжения другим выходом соеденный параллельно с входом блока измерения длительности интервала времени между переходами напряжения через нулевые значения, выход которого соединен с входом блока сравнения, выходом соединенного со вторым входом логического элемента И. При этом, блок измерения длительности интервала времени между переходами напряжения через нулевые значения содержит блок выработки импульсов «метки», соединенный с элементом «задержка», соединенного с элементом «Память», образцовый генератор, выходом соединенный с входом элемента И, выходом соединенный с другим элементом И, выходом соединенный с входом счетчика импульсов, выходом соединенный с блоком сравнения, содержащий блок выставления уставок выходом соединенный с входом элемента сравнения, выход которого соединен с входом блока логического элемента И, блок измерения длительности интервалов времени между переходами напряжения через нулевые значения соединен с вторым входом элемента сравнения.

Недостаток способа и устройства для его осуществления - незащищенность электрооборудования энергосистемы от нежелательных воздействий аварийного режима, возникающего при включении фазы линии на устойчивое короткое замыкание; увеличение длительности бестоковой паузы ОАПВ, и, как следствие, низкая устойчивость энергосистемы к аварийным возмущениям.

Это происходит в следствие наличия чувствительности способа к искажению формы сигнала напряжения при горении дуги, что приводит к изменению длительностей между переходами напряжения через ноль; а также из-за невозможности работы при больших значениях степени компенсации рабочей емкости и степенях компенсации больше единицы.

Технический результат - уменьшение длительности бестоковой паузы ОАПВ или предотвращение включения отключенной в цикле ОАПВ фазы с устойчивым коротким замыканием на линиях с шунтирующими реакторами, в следствие повышения точности определения факта погасания дуги в возможных условиях искажения формы сигнала, и при больших степенях компенсации рабочей емкости, а также степенях компенсации больше единицы.

Технический результат заявляемого способа достигается тем, что в способе контроля состояния отключенной в цикле однофазного автоматического повторного включения фазы линии электропередачи с шунтирующими реакторами заключающегося в том, что измеряют напряжение на отключенной фазе и сравнивают с уставкой, сохраняют полученные значения напряжений на отключенной фазе измеренные заданный период времени назад, по измеренным в разные моменты времени значениям напряжений вычисляют их разность и сравнивают полученное значение с уставкой, определяемой исходя из степени компенсации рабочей емкости линии, и в случае превышения этой величиной значения уставки, формируют сигнал о погасании дуги.

Технический результат заявляемого устройства достигается тем, что содержит измерительные трансформаторы напряжения, пороговый элемент, введены дополнительно измерительные трансформаторы напряжения 5, 6 и 7 входами соединенные с фазами ЛЭП 1 и выключателями 2, 3, 4, а выходами соединенные с входами блока сортировки фаз 8, выходы которого соединены с входами блоков фильтра Фурье 9, 10, 11, при этом первый блок фильтра Фурье выходом соединен с блоком дифферециатора 18, соединенного с пороговым элементом 19; выходы второго 10 и третьего 11 блоков фильтра Фурье соединены с входами блока сумматора 12, к выходу которого подсоединен блок делителя 16, соединенный с входом блока умножителя 17, выходом соединенный с вторым входом блока дифференциатора 18; соединенные между собой буферы 13 и 14, к общей точке которых присоединен блок сдвига 15, при это один буфер 13 подсоединен к выходу первого блока фильтра Фурье 9, а выходом соединен с блоком умножителя 17, а второй буфер 14 подсоединен к выходу блока сумматора 12 и ко второму входу блока делителя 16.

В фазах, оставшихся в работе в цикле ОАПВ, присутствует исключительно напряжение принужденной частоты ω_пр. В то время как в напряжении отключенной фазы после погасания дуги помимо принужденной составляющей присутствует еще и свободная составляющая ω_св. Зафиксировав изменение частоты напряжения отключенной фазы относительно частоты напряжения включенных фаз, можно определить факт погасания дуги. Для этого предлагается использовать явление вращения вектора напряжения отключенной фазы, относительно векторов напряжений включенных фаз. Фиксировать факт вращения предлагается путем вычисления модуля разности двух отсчетов вектора в разные моменты времени, то есть приращение вектора за определенный промежуток времени. Вектор напряжения отключенной фазы во время биений совершает полный оборот за время, равное периоду биений. За промежуток времени равный половине периода биений вектор поворачивается на 180 градусов относительно положения, в котором он находился в момент начала отсчета времени. При этом модуль разности векторов текущего момента времени и момента времени отстоящем на половину периода биений назад, будет максимальной и, с учетом затухания свободной составляющей, близкой к удвоенному значению модуля вращающегося вектора. Во время горения дуги модуль разности векторов теоретически равен нулю. С учетом нестационарности процесса горения разность векторов будет значительно меньше напряжения с компенсацией половины максимального напряжения горения дуги. Таким образом, орган контроля погасания дуги на основе предлагаемого способа чувствительнее реле напряжения и при успешном гашении дуги дает на выходе сплошной сигнал срабатывания без пауз.

Для компенсации отклонения принужденной частоты энергосистемы от номинала предлагается умножать вектор напряжения отключенной фазы, записанный в память половину периода биений назад, на вычисленный из суммы векторов напряжений включенных фаз вектор поворота. Для нахождения этого вектора суммарный вектор напряжений включенных фаз в текущий момент времени необходимо поделить на этот же вектор, запомненный в памяти половину периода биений назад. Сумма векторов используется для уменьшения угловой погрешности при измерении каждого из них в отдельности.

Увеличение периода биений соответствует приближению к резонансу напряжений с частотами ω_св и ω_пр, а следовательно увеличению амплитуды биений и модуля вращающегося вектора. То есть разность векторов будет иметь достаточную величину даже при углах между ними менее 180 градусов. Следовательно, возможно уставку по времени ограничить значением 0,14 с, потому как модуль разности векторов будет иметь достаточное значение для обеспечения необходимой отстройки от нестационарного режима горения дуги.

Сущность заявляемого способа заключается в том, что благодаря измерению напряжения на отключенной фазе, а также сохранению значения напряжения на отключенной фазе измеренного заданный период времени назад, вычислению разности по этим, измеренным в разные моменты времени, напряжениям и сравнению полученного значения с уставкой, а в случае превышения этой величиной значения уставки, формировании сигнала о погасании дуги, достигается технический результат.

На фиг. приведена функциональная схема устройства для осуществления заявляемого способа контроля погасания дуги, функционирующего на предлагаемом способе, где приняты следующие обозначения:

1 - фазы ЛЭП;

2, 3, 4 - выключатели;

5, 6, 7 - измерительные трансформаторы напряжения;

8 - блок сортировки фаз;

8.1; 8.2; 8.3 - выходы блока сортировки фаз;

9, 10, 11 - блоки фильтра Фурье;

12 - блок сумматора;

13, 14-буферы;

15 - блок сдвига;

16 - блок делителя;

17 - блок умножителя;

18 - блок дифференциатора;

19 - пороговый элемент.

Способ контроля состояния отключенной в цикле однофазного автоматического повторного включения фазы линии электропередачи с шунтирующими реакторами заключается в том, что измеряют напряжение на отключенной фазе и сравнивают с уставкой. Сохраняют значение напряжения на отключенной фазе измеренное заданный период времени назад. По измеренным в разные моменты времени значениям напряжений вычисляют их разность и сравнивают полученное значение с уставкой, определяемой исходя из степени компенсации рабочей емкости линии. В случае превышения этой величиной значения уставки, формируют сигнал о погасании дуги.

Устройство для осуществления заявляемого способа содержит измерительные трансформаторы напряжения 5, 6 и 7, входы которых соединены с фазами ЛЭП 1 и выключателями 2, 3, 4, а выходы соединены с входами блока сортировки фаз 8. Выходы блока сортировки фаз 8 соединены с входами блоков фильтра Фурье 9, 10, 11. При этом первый блок фильтра Фурье 9 выходом соединен с блоком дифферециатора 18, соединенного с пороговым элементом 19. Выходы второго 10 и третьего 11 блоков фильтра Фурье соединены с входами блока сумматора 12, к выходу которого подсоединен блок делителя 16, соединенный с входом блока умножителя 17. Выход блока умножителя 17 соединен с вторым входом блока дифференциатора 18. Буферы 13 и 14 соединены между собой, а к их общей точке присоединен блок сдвига 15. При этом один буфер 13 подсоединен к выходу первого блока фильтра Фурье 9, а выходом соединен с блоком умножителя 17, а второй буфер 14 подсоединен к выходу блока сумматора 12 и ко второму входу блока делителя 16.

Способ осуществляется с помощью устройства следующим образом.

В устройстве измерительные трансформаторы напряжения 5, 6 и 7 подключены к фазам ЛЭП 1. С разрешения устройства АПВ блок сортировки фаз 8 перенаправляет сигналы: с отключенной выключателем 4 фазы на выход блока сортировки фаз 8.1, а с включенных фаз (выключатели 2 и 3) - на выходы блока сортировки фаз 8.2 и 8.3. Отсортированные блоком сортировки фаз 8 сигналы поступают на блоки фильтров Фурье 9, 10 и 11, которые формируют цифровые отсчеты напряжений в комплексных величинах (далее отсчеты). Отсчеты напряжений включенных фаз с выходов блоков фильтра Фурье 10 и 11 суммируются в блоке сумматора 12. Отсчеты напряжений с выходов блоков фильтра Фурье 9 и сумматора 12 записываются в буферы 13 и 14 соответственно. Блок сдвига 15 определяет напряжение, записанное заданное (уставкой) время назад, в результате чего, эти значения являются выходными значениями буферов 13 и 14. Текущее значение суммарного напряжения с блока сумматора 12 делится в блоке делителя 16 на значение, извлеченное из буфера 14. Таким образом, блоком делителя 16 формируется вектор поворота, который затем перемножается в блоке умножителя 17 с извлеченным из буфера 13 напряжением отключенной фазы. Блок дифференциатора 18 вычисляет разность текущего вектора напряжения отключенной фазы с выхода блока 9 и скомпенсированного вектором поворота напряжения с выхода блока умножителя 17. Пороговый орган 19 сравнивает модуль вектора с заданной уставкой, определяемой степенью компенсации рабочей емкости K_р. При превышении значения модуля вектора значения уставки пороговый элемент 19 формирует на выходе дискретный сигнал, сигнализирующий о погасании дуги. В результате выявляется устойчивое короткое замыкание или факт окончательного гашения дуги при самоустраняющемся коротком замыкании. Это позволяет защитить электрооборудование энергосистемы от нежелательных воздействий аварийного режима, возникающего при включении фазы линии с устойчивым коротким замыканием и сократить длительность бестоковой паузы ОАПВ, и тем самым, повысить устойчивость энергосистемы к аварийным возмущениям.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к релейной защите и автоматике линий электропередачи переменного тока сверхвысокого напряжения с ненулевой степенью компенсации рабочей емкости, и может быть применено для определения факта погасания дуги подпитки или наличия устойчивого короткого замыкания во время бестоковой паузы однофазного автоматического повторного включения (ОАПВ). Технический результат - повышение надежности определения факта погасания дуги подпитки, тем самым предотвращая включение отключенной в цикле ОАПВ фазы с устойчивым коротким замыканием на линиях с шунтирующими реакторами путем определения вектора приращения напряжения отключенной фазы линии электропередачи. Для достижения указанного технического результата измеряют напряжение на отключенной фазе и сравнивают с уставкой, сохраняют полученные значения напряжений на отключенной фазе, измеренные заданный период времени назад, по измеренным в разные моменты времени значениям напряжений вычисляют их разность и сравнивают полученное значение с уставкой, определяемой исходя из степени компенсации рабочей емкости линии, и в случае превышения этой величиной значения уставки формируют сигнал о погасании дуги. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ контроля состояния отключенной в цикле однофазного автоматического повторного включения фазы линии электропередачи с шунтирующими реакторами, заключающийся в том, что измеряют напряжение на отключенной фазе и сравнивают с уставкой, отличающийся тем, что сохраняют полученные значения напряжений на отключенной фазе, измеренные заданный период времени назад, по измеренным в разные моменты времени значениям напряжений вычисляют их разность и сравнивают полученное значение с уставкой, определяемой исходя из степени компенсации рабочей емкости линии, и в случае превышения этой величиной значения уставки формируют сигнал о погасании дуги.

2. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее измерительный трансформатор напряжения 5, пороговый элемент 19, отличающееся тем, что введены дополнительно измерительные трансформаторы напряжения 6 и 7, входами соединенные с фазами ЛЭП 1 и выключателями 2, 3, 4, а выходами соединенные с входами введенного блока сортировки фаз 8, выходы которого соединены с входами введенных блоков фильтра Фурье 9, 10, 11, при этом первый блок фильтра Фурье выходом соединен с блоком дифферециатора 18, соединенного с пороговым элементом 19; выходы второго 10 и третьего 11 блоков фильтра Фурье соединены с входами введенного блока сумматора 12, к выходу которого подсоединен введенный блок делителя 16, соединенный с входом введенного блока умножителя 17, выходом соединенный со вторым входом введенного блока дифференциатора 18; соединенные между собой введенные буферы 13 и 14, к общей точке которых присоединен введенный блок сдвига 15, при этом один буфер 13 подсоединен к выходу первого блока фильтра Фурье 9, а выходом соединен с блоком умножителя 17, а второй буфер 14 подсоединен к выходу блока сумматора 12 и ко второму входу блока делителя 16.