СПОСОБ ЗАЩИТЫ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ ПРИ БРОСКЕ ТОКА НАМАГНИЧИВАНИЯ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА Российский патент 2023 года по МПК H02H7/00 

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к релейной защите и автоматике (РЗА) линий электропередачи (ЛЭП) при возникновении в сети броска тока намагничивания (БТН) силового трансформатора. Решает проблему неселективного срабатывания высокочастотной (ВЧ) дифференциально-фазной защиты (ДФЗ) или направленной ВЧ защиты (НВЧЗ) с абсолютной селективностью линий электропередачи в режиме включения силового трансформатора на ответвительных подстанциях защищаемой линии или за ее пределами.

Согласно [1], на ЛЭП высокого и сверхвысокого напряжения с двухсторонним питанием устанавливаются быстродействующие защиты с абсолютной селективностью. Применение для этих целей ДФЗ или НВЧЗ оказывается проблематичным из-за возможного неселективного срабатывания защиты в режимах БТН. Ситуация осложняется, когда в качестве второго, третьего или последующего полукомплекта защиты линии с абсолютной селективностью применяется устройство на электромеханической или микроэлектронной элементной базе, в которых отсутствуют модули выявления БТН. На практике БТН в защитах линий определяют по величине второй гармоники в сигнале броска [2], а в дифференциальной защите трансформатора контролируется еще и форма кривой броска тока [3]. Для идентификации БТН в ЛЭП применим только информационный параметр по величине второй гармоники.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ, описанный в [3], где для исключения неселективного действия защиты при БТН предлагается использовать специальный модуль, который по величине тока второй гармоники или на основе отношения тока второй гармоники, например тока нулевой последовательности, к току первой гармоники этой же последовательности выявляет БТН и на время блокирует действие защиты на отключение. Этот способ выбран в качестве прототипа изобретения. Его недостаток заключается в том, что такой модуль, установленный на полукомплект защиты, блокирует только свой полукомплект ДФЗ (НВЧЗ) и может срабатывать неселективно при насыщении измерительных трансформаторов тока (ИТТ) или промежуточных трансформаторов тока (ПТТ) в самом устройстве защиты. При отсутствии такого модуля в устройстве защиты на других концах линии или его недостаточной чувствительности возможно неселективное срабатывание полукомплектов других концов линии, например, выполненных на электромеханической или микроэлектронной элементных базах. Кроме того, модуль выявления БТН по второй гармонике может отказать при повреждениях на линии, сопровождающихся насыщением ИТТ или ПТТ полукомплекта защиты, заблокировав его действие на отключение повреждения в линии со своего конца.

Цель изобретения - обеспечение селективной работы высокочастотных защит с абсолютной селективностью при БТН на силовых трансформаторах сети и при насыщении измерительных или промежуточных трансформаторов тока. Поставленная цель достигается тем, что при выявлении БТН происходит блокирование всех полукомплектов защиты линии, а сам модуль выявления БТН выполнен трехканальным с блоками пофазного выявления БТН в каждой фазе и с контролем величины тока в фазе, блоком выбора блокирующего сигнала мажоритарным органом, блоком выявления типа насыщения в зависимости от вида соединения вторичных обмоток силового трансформатора и блоком выявления насыщения тока во всех фазах при симметричных трехфазных повреждениях, который деблокирует выходной сигнал модуля обеспечения селективности при БТН.

Осуществление способа иллюстрирует представленная на фиг. 1 блок-схема логики функционирования полукомплекта защиты, установленного на одном из концов ЛЭП, которая включается в работу при формировании команды на пуск ВЧ-приемопередатчика. Блок-схема по фиг. 1 содержит следующие блоки и элементы:

- идентичные блоки 1, 2 и 3 выявления БТН соответственно в токах фаз А, В и С, каждый из которых состоит из фильтров ортогональных составляющих (ФОС) 1-й и 2-й гармоник; выход ФОС 1-й гармоники поступает на два измерительных органа (ИО), первый из которых является максимальным реле тока (РТ) уставка которого адаптивно формируется по значениям предшествующего режима, а выход РТ через элемент времени с выдержкой на срабатывание Т1 поступает на первый вход элемента памяти (ЭП), собранного на логических элементах «ИЛИ» D1 и «И» D2, выход которого является первым выходом A1 (B1, С1) блока 1 (2, 3); выход ФОС 1-й гармоники совместно с выходом ФОС 2-й гармоники поступают на 2-й ИО блока 1 (2, 3), который по отношению величин модуля тока 2-й гармоники к модулю тока 1-й гармоники превышающему значение уставки, определяет наличие БТН в сети, а выход этого ИО, поступая на второй вход логического элемента «И» D2 ЭП, инициирует срабатывание и является вторым выходом А2 (В2, С2) блока 1 (2, 3); кроме того, выход ФОС 1-й гармоники является третьим выходом A3 (В3, С3) блока 1 (2, 3);

- блок 4 блокировки ВЧ-канала сплошным ВЧ-сигналом при выявлении БТН не менее, чем в двух фазах, состоящий из мажоритарного органа, собранного на логических элементах «И» D3, D4 и D5 и элементе «ИЛИ» D6, выход которого поступает на первый вход логического элемента «И» D7, на другие входы которого поступают сигнал «Пуск ВЧ ДФЗ» («Пуск ВЧ НВЧЗ») от модуля защиты ДФЗ (НВЧЗ), выход блока 5 и деблокирующий сигнал с выхода блока 6 на инверсный вход элемента «И» D7, а его выход является выходом модуля и поступает на приемопередатчик для блокирования ВЧ-канала сплошным ВЧ-сигналом при выявлении БТН в сети;

- блок 5, выявляющий БТН во всех трех фазах при соединении вторичных обмоток силового трансформатора в «треугольник» в схеме и состоящий из логического элемента «И» D8 и программируемой накладки HI; на входы элемента «И» D8 поступают вторые выходы А2, В2, С2 соответственно с блоков 1, 2, 3, а его выход через программируемую накладку H1, оперативно включенного в положение «0-1», поступает на вход логического элемента «И» D7 блока 4. При соединении вторичных обмоток силового трансформатора в «звезду» в схеме на вход логического элемента «И» D7 блока 4 с программируемой накладки HI, оперативно включенного в положение «0-2», поступает сигнал логической "1";

- блок 6, выявляющий путем сравнения величин токов в фазах А, В, и С либо симметричный нагрузочный режим, либо трехфазное КЗ без насыщения или с насыщением во всех фазах и состоящий из трех аналогичных ИО, которые по отношению уровней модулей токов фаз, находящихся в заданном диапазоне, например, где ν=A, В, С, различают БТН и насыщение во всех трех фазах при КЗ; на входы этих трех ИО поступают третьи выходы A3, ВЗ и СЗ блоков 1, 2 и 3 соответственно, а их выходы, объединенные по схеме «И» на логическом элементе D9, деблокируют посредством инверсного входа элемента «И» D7 блока 4 пуск ВЧ-сигнала для блокировки полукомплектов защит при БТН.

Способ осуществляется следующим образом.

Модуль постоянно контролирует три фазы сети и по результатам работы ФОС 1-й гармоники определяет скачки токов в линии посредством максимального РТ Если величина тока с учетом коэффициента отстройки, равного K_отс=1.2÷1.5, превышает модуль этого же тока, взятого за 1 или 2 периода ранее, то происходит срабатывание РТ и подготовка к срабатыванию ЭП. При этом происходит запоминание значения модуля предшествующего тока на время до 0.1÷0.5 сек.

Этого времени должно быть достаточно для окончания переходного процесса в ФОС 1-й и 2-й гармоник и надежного срабатывания ИО, реагирующего на отношение уровней модуля тока 2-й гармоники к модулю тока 1-й гармоники. Для отстройки от времени срабатывания и возврата указанного ИО в момент перехода от одного режима в другой, например, происходящего при коммутациях нагрузки или при возникновении КЗ в сети, когда из-за переходного процесса в ФОС возможно неселективное срабатывание ИО действие выхода максимального РТ задерживается на элементе времени Т1 с уставкой на срабатывание до 50 мс. Появление сигнала на выходе ЭП может быть только лишь при условии срабатывания ИО т.е. при выявлении в фазном токе составляющих 2-й гармоники, которые появляются в сигналах тока либо при БТН в сети, либо при глубоком насыщении ИТТ или ПТТ; выход ИО поступает на вход элемента «И» D2 ЭП, а его выход является первым выходом A1 (B1, С1) блока 1 (2, 3). Таким образом, на выходах A1, В1 и С1 блоков 1, 2 и 3 соответственно и, как следствие, на выходе всего модуля будет активный сигнал только лишь при появлении в цепях тока устройства составляющих второй гармоники, превышающих уставку срабатывания ИО, реагирующего на отношение уровней модуля тока 2-й гармоники к модулю тока 1-й гармоники.

В наличии в сети включаемых силовых трансформаторов с соединением обмоток по схеме «звезда/треугольник» накладка H1 должна быть оперативно переведена в положение «0-1». При возникновении несимметричного КЗ в линии, сопровождающегося насыщением измерительных трансформаторов тока, и условии установки программируемой накладки HI в положение «0-1» срабатывания модуля не произойдет, т.к. для этого должно наблюдаться насыщение во всех трех фазах тока с появлением в них составляющих 2-й гармоники. При симметричных КЗ с насыщением ИТТ во всех фазах срабатывания модуля также не будет, т.к. в отличие от насыщения при КЗ в трех фазах при БТН ток в одной фазе будет иметь периодический характер и будет значительно меньше по величине относительно величин токов в двух других фазах. Поэтому в данном режиме даже в случае идентификации 2-й гармоники во всех фазах и, как следствие, появления в сигналах А2, В2 и С2 блоков 1, 2 и 3 соответственно логических единиц на входе элемента D8 блока 5, сопровождающегося его срабатыванием и поступлением логической единицы на вход элемента D7 блока 4, срабатывания блока 4 и всего модуля в целом не произойдет, т.к. одновременно с этим действием при симметричном КЗ срабатывают все три ИО блока 6, и от элемента «И» D9 этого блока поступит сигнал на инверсный вход элемента «И» D7 блока 4, блокирующий передачу сплошного ВЧ-сигнала в ВЧ-канал.

При наличии в схеме сети силовых трансформаторов с соединением обмоток по схеме «звезда/звезда» БТН может наблюдаться только в двух фазах, поэтому на выходе элемента «И» D8 блока 5 будет логический «0». Однако оперативный перевод накладки HI в положение «0-2», соответствующий соединению обмоток силового трансформатора по схеме «звезда/звезда» обеспечит при БТН надежную блокировку всех полукомплектов защиты.

Таким образом, по принципу своего действия предложенный способ позволяет обеспечивать селективность действия защиты линии с абсолютной селективностью с ВЧ-каналами при насыщении трансформаторов тока и отстраиваться от бросков тока намагничивания силовых трансформаторов в сети.

Источники информации

1. Правила устройства электроустановок, 7 изд., утв. Приказом Минэнерго России от 08.07.2002 №204.

2.. Федосеев A.M., Федосеев М.А. Релейная защита электроэнергетических систем: Учеб. для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1992.

3. Дмитренко A.M. Дифференциальная защита трансформаторов и автотрансформаторов. - Электричество, 1975, N 2, с. 1 - 9.3.

4. Терминал дифференциально-фазной защиты линии 110-220 кВ типа «ТОР 300 ДФЗ 51 х». Руководство по эксплуатации. Описание функций защит.АИПБ.656122.011-013 РЭ2.

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - обеспечение селективности высокочастотных защит при бросках тока намагничивания силовых трансформаторов в сети. Согласно изобретению в защите используется модуль, блокирующий полукомплекты защиты при выявлении броска тока намагничивания силового трансформатора и обеспечивающий их селективность при насыщении измерительных трансформаторов тока. Модуль включает три идентичных блока выявления броска тока намагничивания в токах фазы. 1 ил.

Способ защиты линии электропередачи при броске тока намагничивания силового трансформатора, характеризующийся тем, что для обеспечения селективности при выявлении броска тока намагничивания применена блокировка действия полукомплекта защиты, отличающийся тем, что с целью обеспечения селективности защит в режимах броска тока намагничивания и насыщения измерительных трансформаторов тока в защиту введен модуль, блокирующий все полукомплекты защиты линии при выявлении броска тока намагничивания и селективно отключающий линию при насыщении измерительных трансформаторов тока, включающий три идентичных блока выявления броска тока намагничивания в токах фазы, каждый из которых включает фильтр ортогональных составляющих первой гармоники, выходы фильтров поступают на два измерительных органа блоков, первый из которых является максимальным реле тока, уставка которого адаптивно формируется по значениям предшествующего режима, а выход максимального реле тока через элемент времени с выдержкой на срабатывание поступает на первый вход элемента памяти блоков, выход которого является первым выходом блоков, фильтр ортогональных составляющих второй гармоники, выход которого совместно с выходом фильтра ортогональных составляющих первой гармоники поступают на второй измерительный орган блоков, который по отношению уровня модуля тока второй гармоники к модулю тока первой гармоники определяет наличие броска тока намагничивания в сети, а его выход соединен со вторым входом элемента памяти блоков и является вторым выходом блоков, первые выходы блоков соединены с первыми входами мажоритарного органа выходного блока модуля, который посредством сплошного ВЧ-сигнала при выявлении броска тока намагничивания не менее чем в двух фазах своим выходным сигналом блокирует все полукомплекты защиты, на второй вход выходного блока модуля поступает разрешающий сигнал при срабатывании полукомплекта защиты с абсолютной селективностью, на третий вход выходного блока модуля поступает сигнал от блока выявления броска тока намагничивания в фазах в зависимости от типа соединения обмоток силового трансформатора, на входы которого поступают вторые выходы блоков выявления броска в каждой из фаз, а на четвертый вход выходного блока модуля поступает деблокирующий сигнал от блока, выявляющего путем сравнения величин токов в фазах линии либо нагрузочный режим, либо трехфазное повреждение без насыщения или с насыщением во всех фазах, состоящего из трех аналогичных измерительных органов, объединенных по схеме «И», на входы которых поступают третьи выходы блоков выявления броска в каждой из фаз, а выход выходного блока модуля является блокирующим сигналом полукомплектов защиты линии.