Способ дистанционной защиты и устройство для его осуществления Российский патент 2020 года по МПК H02H3/00 G01R31/08 

Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики, в частности к способам и средствам защиты электрических сетей.

В электротехнике широко известен способ действия дистанционных защит, у которых селективность действия обеспечивается за счет разных выдержек времени срабатывания, которые зависят от расстояния (дистанции) между местом установки защиты и местом короткого замыкания [1]. Основой этой защиты является измерение полного сопротивления цепи короткого замыкания, оценка удаленности точки короткого замыкания по среднему удельному сопротивлению защищаемой линии электропередачи и формирование выдержки времени срабатывания в соответствии с косвенно определенной удаленностью точки короткого замыкания.

Точность определения удаленности точки короткого замыкания через полное и удельное сопротивление переменному току контролируемой линии электропередачи очень низка, т.к. измерения проводятся в условиях переходных процессов, а измерение сопротивления на переменном токе основано на стационарном подходе, при котором предполагается использование гармонических (одной частоты), периодических установившихся токов и напряжений. При этом неизбежно возникают большие динамические погрешности.

Наиболее близким по технической сущности решением является способ и устройство дистанционной защиты, при котором оценка удаленности точки короткого замыкания осуществляется по непосредственным параметрам контролируемой линии электропередачи: индуктивности, емкости и активному сопротивлению [2]. Эти параметры достаточно строго характеризуют свойства контролируемой линии в условиях переходных процессов, что обеспечивает более высокую точность оценки удаленности точки короткого замыкания.

При этом решении определяют зону защищаемой сети, в которой находится точка короткого замыкания, по индуктивности, емкости и активному сопротивлению в реальном (текущем) времени и формируют сигнал на отключение поврежденной линии с выдержкой времени, соответствующей удаленности точки короткого замыкания от места установки защиты.

Недостатком известного решения является то, что нельзя достичь высокой точности оценки удаленности точки короткого замыкания в связи с ограничениями реализуемости сложной громоздкой, учитывающей много параметров, аналоговой модели контролируемой защитой линии электропередачи. При этом решении процесс короткого замыкания анализируется только в текущем времени и нет возможности выполнить повторные (итерационные) вычисления удаленности точки короткого замыкания, которые позволяют повысить точность измерений.

Целью предложенного изобретения является повышение точности дистанционной защиты за счет регистрации процесса короткого замыкания и итерационного косвенного измерения удаленности точки короткого замыкания с помощью более точной модели контролируемой защитой линии.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе дистанционной защиты, заключающемся в том, что определяют зону защищаемой сети, в которой находится точка короткого замыкания, и формируют сигнал на отключение поврежденной линии с выдержкой времени, соответствующей удаленности точки короткого замыкания от места установки защиты, дополнительно регистрируют реальный процесс короткого замыкания, измеряют параметры зарегистрированного процесса короткого замыкания, воспроизводят процесс короткого замыкания в модели защищаемой сети при разной удаленности точки короткого замыкания до совпадения в соответствующем масштабе зарегистрированного и воспроизведенного процессов, значение удаленности точки короткого замыкания, при котором процессы совпали, фиксируют как измеренное значение удаленности точки короткого замыкания.

Поставленная цель достигается также тем, что находят параметры сети при коротком замыкании путем обратного решения дифференциальных уравнений, описывающих защищаемую электрическую сеть, в модели этой сети по зарегистрированному процессу короткого замыкания, который считают решением дифференциальных уравнений модели сети в соответствующем масштабе, найденные параметры вводят в модель сети в качестве исходных при воспроизведении процесса короткого замыкания.

Причем, зарегистрированные и воспроизведенные процессы короткого замыкания считают совпавшими в соответствующем масштабе, когда отклонения соответствующих мгновенных значений токов и напряжений сравниваемых процессов находятся в зоне определенных допустимых значений.

Кроме этого, воспроизводят процесс короткого замыкания в модели защищаемой сети при начальных условиях, соответствующих зарегистрированному процессу короткого замыкания в защищаемой сети.

Поставленная цель достигается также тем, что известное устройство дистанционной защиты, которое содержит датчики тока и напряжения, блок управления выключателем, блок отсчета времени срабатывания, модель защищаемой сети, блок настройки, выход которого подключен к первому входу модели защищаемой сети, первый выход модели защищаемой сети соединен с входом блока отсчета времени, второй выход модели защищаемой сети соединен с первым входом блока настройки, выход блока отсчета времени соединен с входом блока управления выключателем, дополнительно содержит блок регистрации, первый вход которого соединен с выходами датчиков тока, второй вход блока регистрации соединен с выходами датчиков напряжения, первый выход блока регистрации соединен с вторым входом блока настройки, второй выход блока регистрации соединен с вторым входом модели защищаемой сети.

Заявленные элементы, блок регистрации и связи его с другими блоками обеспечивают возможность регистрации процесса короткого замыкания и реализации нового способа дистанционной защиты, и тем самым достижение цели изобретения. Это позволяет сделать вывод, что заявляемые изобретения связаны между собой единым изобретательским замыслом.

Результаты сравнения заявляемых технических решений с прототипом позволяет установить соответствие их критерию «новизна». При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены, и это обеспечивает заявляемому способу и устройству соответствие критерию «существенные отличия».

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства, реализующего предложенный способ дистанционной защиты.

Схема содержит: изображение контролируемой линии электропередачи, датчики 1 тока и датчики 2 напряжения, блок 3 отсчета времени, модель 4 защищаемой сети, блок 5 настройки, блок 6 регистрации.

Предложенный способ дистанционной защиты может быть реализован, например, применительно к линии электропередачи следующим образом.

Регистрируют в блоке 6 регистрации доступные для измерения с помощью датчиков тока 1 и напряжения 2 сигналы процесса короткого замыкания в сети (синхронизированные осциллограммы токов и напряжений). Сформированные в блоке 6 регистрации осциллограммы передают в блок 5 настройки. В блоке 5 настройки по этим осциллограммам определяют первое приближение параметров цепи короткого замыкания и удаленности точки короткого замыкания от места установки защиты. Полученные значения параметров цепи короткого замыкания и удаленности точки короткого замыкания передают в модель 4 сети. Моделируют процесс короткого замыкания при полученных данных. Полученные при моделировании осциллограммы передают в блок 5 настройки, где сравнивают их с соответствующими зарегистрированными осциллограммами. По результатам сравнения определяют степень их совпадения. Если отклонения соответствующих осциллограмм, полученных путем моделирования, и путем регистрации больше допустимых, то в математическом описании модели контролируемой электрической сети изменяют значения удаленности точки короткого замыкания и параметров сети. Моделируют, сравнивают процессы и корректируют данные модели до совпадения воспроизведенного и зарегистрированного процессов. Если процессы совпали, то в модели 4 фиксируют значение удаленности точки короткого замыкания при котором процессы совпали и передают это значение в блок 3 отсчета времени. В зависимости от удаленности точки короткого замыкания в блоке 3 отсчета времени создается выдержка времени срабатывания защиты, и по истечении этого времени, формируется сигнал на отключение выключателя контролируемой линии. Сформированный сигнал на отключение передают в блок 7 управления выключателем для исполнения.

Использование предложенного способа и устройства дистанционной защиты позволяет повысить точность дистанционной защиты за счет регистрации и возможности многократного использования данных о реальном процессе короткого замыкания, применения более точной модели контролируемой защитой линии и применения более продуктивных численных методов обратного решения дифференциальных уравнений модели.

Благодаря итерационному характеру корректировки параметров модели поврежденной электрической сети в дистанционной защите по разности между зарегистрированным и смоделированным процессам короткого замыкания достигается повышение степени адекватности модели и реального процесса. Чем больше итераций, тем большая точность достигается. В свою очередь, повышение точности модели повышает точность вычисления удаленности точки короткого замыкания. Это повышает точность работы дистанционной защиты в целом, и позволяет, с одной стороны, более точно отстраиваться от нагрузочных режимов, а, с другой стороны, - обеспечить более высокую чувствительность отключения поврежденного элемента сети.

Источники информации:

1. Чернобровое Н.В. Релейная защита. М.: Энергия, 1974. - 680 с.

2. Ванин В.К., Павлов Г.М. Релейная защита на элементах вычислительной техники. - Л.: Энергоатомиздат, 1991. - 336 с.

Использование: в области электроэнергетики для защиты электрических сетей. Технический результат - повышение точности дистанционной защиты. Согласно способу дистанционной защиты дополнительно регистрируют реальный процесс короткого замыкания, измеряют параметры зарегистрированного процесса короткого замыкания, воспроизводят процесс короткого замыкания в модели защищаемой сети при разной удаленности точки короткого замыкания до совпадения в соответствующем масштабе зарегистрированного и воспроизведенного процессов, значение удаленности точки короткого замыкания, при котором процессы совпали, фиксируют как измеренное значение удаленности точки короткого замыкания. Устройство дистанционной защиты дополнительно содержит блок регистрации, первый вход которого соединен с выходами датчиков тока, второй вход блока регистрации соединен с выходами датчиков напряжения, первый выход блока регистрации соединен со вторым входом блока настройки, второй выход блока регистрации соединен со вторым входом модели защищаемой сети. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ дистанционной защиты, при котором определяют зону защищаемой сети, в которой находится точка короткого замыкания, и формируют сигнал на отключение поврежденной линии с выдержкой времени, соответствующей удаленности точки короткого замыкания от места установки защиты, отличающийся тем, что регистрируют реальный процесс короткого замыкания, измеряют параметры зарегистрированного процесса короткого замыкания, воспроизводят процесс короткого замыкания в модели защищаемой сети при разной удаленности точки короткого замыкания до совпадения в соответствующем масштабе зарегистрированного и воспроизведенного процессов, значение удаленности точки короткого замыкания, при котором процессы совпали, фиксируют как измеренное значение удаленности точки короткого замыкания.

2. Способ дистанционной защиты по п. 1, отличающийся тем, что находят параметры сети при коротком замыкании путем обратного решения дифференциальных уравнений, описывающих защищаемую электрическую сеть, в модели этой сети по зарегистрированному процессу короткого замыкания, который считают решением дифференциальных уравнений модели сети в соответствующем масштабе, найденные параметры вводят в модель сети в качестве исходных при воспроизведении процесса короткого замыкания.

3. Способ дистанционной защиты по п. 1, отличающийся тем, что зарегистрированные и воспроизведенные процессы короткого замыкания считают совпавшими в соответствующем масштабе, когда отклонения соответствующих мгновенных значений токов и напряжений сравниваемых процессов находятся в зоне определенных допустимых значений.

4. Способ дистанционной защиты по п. 1, отличающийся тем, что воспроизводят процесс короткого замыкания в модели защищаемой сети при начальных условиях, соответствующих зарегистрированному процессу короткого замыкания в защищаемой сети.

5. Устройство дистанционной защиты, содержащее датчики тока и напряжения, блок управления выключателем, блок отсчета времени срабатывания, модель защищаемой сети, блок настройки, выход которого подключен к первому входу модели защищаемой сети, первый выход модели защищаемой сети соединен с входом блока отсчета времени, второй выход модели защищаемой сети соединен с первым входом блока настройки, выход блока отсчета времени соединен с входом блока управления выключателем, отличающееся тем, что дополнительно введен блок регистрации, первый вход которого соединен с выходами датчиков тока, второй вход блока регистрации соединен с выходами датчиков напряжения, первый выход блока регистрации соединен со вторым входом блока настройки, второй выход блока регистрации соединен со вторым входом модели защищаемой сети.