Способ токовой защиты нулевой последовательности линии электропередачи с учётом плавки гололёда переменным током на её грозозащитном тросе с использованием земли в качестве обратного провода Российский патент 2024 года по МПК H02H3/08 H02H7/26 

1. Область техники

Изобретение относится к электрической сети 110 кВ и выше (с глухо заземленной нейтралью), в частности к токовой защите линии электропередачи (ЛЭП) с учетом особенностей режима плавки гололеда (ПГ) переменным током на ее грозозащитном тросе (далее тросе).

Область применения изобретения - это реализация способа токовой защиты нулевой последовательности (ТЗНП) ЛЭП в устройстве релейной защиты и автоматики (РЗА), удовлетворяющей требованиям к оснащению ЛЭП классом напряжения 110 кВ и выше устройствами и комплексами РЗА, а также соответствующей принципам их функционирования.

Количество ступеней в составе ТЗНП ЛЭП может быть от трех до шести, число определяется расчетом режимов работы ЛЭП в зависимости от особенностей ее эксплуатации. Ступени ТЗНП ЛЭП могут быть направленными для обеспечения селективности.

2. Уровень техники

Отечественная электроэнергетика использует ТЗНП от замыканий на землю фаз ЛЭП 110-500 кВ [Федосеев A.M., Федосеев М.А. Релейная защита электроэнергетических систем: учеб. для вузов - М.: Энергоатомиздат.- 1992. - 528 с.]. Основное их преимущество - высокая чувствительность, обусловленная независимостью ее работы от токов нагрузки в проводах фаз ЛЭП.

Известен способ ТЗНП ЛЭП [Токовая защита нулевой последовательности от замыканий на землю линий 110-500 кВ. Расчеты: руководящие указания по релейной защите. Вып. 12. - М.: Энергия, 1980. - 88 с.]. Этот способ ТЗНП ЛЭП осуществляется ступенчатыми отсечками по току нулевой последовательности (НП), кроме последней ступени, которая предназначена для осуществления резервирования ТЗНП смежных ЛЭП и ТЗНП стороны трансформаторов на смежных объектах. Значение установленного значения (уставки) последней ступени ТЗНП ЛЭП, как правило, на порядок меньше значений уставок первых ступеней ТЗНП ЛЭП и обеспечивает достаточную чувствительность. Ступени ТЗНП ЛЭП могут быть направленными для обеспечения селективности.

Недостаток этого способа ТЗНП ЛЭП - возможно ложное срабатывание последней ступени ТЗНП при ПГ на тросе защищаемой ЛЭП переменным током через землю, от которого наводятся токи нулевой последовательности (НП) в проводах фаз этой ЛЭП [Маруда И.Ф., Шовкопляс С.С. Влияние тока плавки гололеда в грозозащитном тросе на релейную защиту линии электропередач // Электрические станции. - 2008. - №12. - С. 55-57; Шовкопляс С.С., Крюков А.И., Кутузов А.Ю., Сацук Е.И. Работа токовой защиты нулевой последовательности воздушной линии электропередачи с учетом схемы плавки гололеда на ее грозозащитных тросах // Электрические станции. - 2022. - №2. - С. 31-40]. Для предотвращения этого ложного срабатывания ТЗНП ЛЭП предлагается выводить последнюю ступень ТЗНП, тем самым исключается резервирование ТЗНП смежных ЛЭП и ТЗНП стороны трансформаторов на смежных объектах на время осуществления ПГ переменным током на тросе защищаемой ЛЭП. Такой вывод последней ступени ТЗНП ЛЭП противоречит действующему нормативному документу - ГОСТ Р 58886-2020 (п. 6.1).

Известен другой способ ТЗНП ЛЭП [Семенов В.А. Комбинированная отсечка нулевой последовательности // Электрические станции. - 1968. - №10. - С. 86-87]. Этот способ ТЗНП ЛЭП осуществляется отсечкой, чувствительность которой повышается за счет использования комбинации токового реле НП и реле напряжения НП. Далее этот способ ТЗНП ЛЭП принят за прототип.

Недостаток и этого способа ТЗНП ЛЭП - возможно ложное срабатывание ТЗНП при ПГ на тросе защищаемой ЛЭП переменным током через землю, от которого наводятся токи НП в проводах фаз этой ЛЭП.

Общие недостатки приведенных аналога и прототипа способа ТЗНП ЛЭП - возможно ложное срабатывание ТЗНП при ПГ на тросе защищаемой ЛЭП переменным током через землю, от которого наводятся токи НП в проводах фаз этой ЛЭП.

Для устранения приведенных выше недостатков предлагается в логическую схему алгоритма функционирования устройства РЗА ввести сигнал по обратной последовательности (ОП), разрешающий работу ТЗНП ЛЭП (чаще всего последней ступени) при включении схемы плавки гололеда (СПГ) на тросе защищаемой ЛЭП. Сигнал по параметру ОП вводится дополнительно к сигналу по току НП.

Техническая проблема - ложное срабатывание ТЗНП ЛЭП (чаще всего последней ступени) при ПГ на тросе защищаемой ЛЭП переменным током через землю, от которого наводятся токи НП в проводах фаз этой ЛЭП.

Общими признаками заявляемого способа ТЗНП ЛЭП и его первого аналога являются следующие признаки:

- принцип токовой отсечки НП;

- ступенчатый принцип выполнения ТЗНП ЛЭП.

Отличительным признаком заявляемого способа ТЗНП ЛЭП от первого аналога является применение комбинации двух сигналов: по параметрам НП и ОП, так как изменение значений параметров ОП это признак повреждения на защищаемом объекте.

Общими признаками заявляемого способа ТЗНП ЛЭП и его прототипа являются следующие признаки:

- принцип токовой отсечки НП;

- комбинирование двух параметров электрического режима работы ЛЭП, качественное изменение которых дает требуемый технический результат.

Отличительным признаком заявляемого способа ТЗНП ЛЭП от прототипа является применение комбинации сигналов: по параметрам НП и ОП в заявляемом способе ТЗНП ЛЭП, а в прототипе используется только параметры НП.

Технический результат заключается в исключении ложного срабатывания ТЗНП при включении в работу СПГ переменным током на тросе защищаемой ЛЭП и достигается за счет использования комбинации сигналов по параметрам НП и ОП, наличие которых соответствует повреждению в фазах ЛЭП, а наличие только сигнала по параметру НП соответствует процессу ПГ на тросе с использованием земли в качестве обратного провода.

3. Раскрытие сущности изобретения

Задача изобретения - повысить селективность работы ТЗНП ЛЭП при сохранении требуемого уровня ее чувствительности. Тем самым обеспечить надежность правильной работы устройства РЗА ЛЭП, использующего функцию ТЗНП ЛЭП.

Предмет изобретения - ТЗНП ЛЭП с учетом особенностей ее режима работы при ПГ переменным током на ее тросе с использованием земли в качестве обратного провода.

Сущность способа ТЗНП ЛЭП заключается в следующей комбинации:

- выполнение ТЗНП ЛЭП ступенчатыми отсечками по току НП, кроме последней ступени, которая предназначена для осуществления резервирования ТЗНП смежных ЛЭП и ТЗНП стороны трансформаторов на смежных объектах в соответствии с аналогом изобретения;

- введение в логику функции ТЗНП ЛЭП сигнала по параметру ОП, разрешающего работу ТЗНП ЛЭП (чаще всего последней ступени) при аварийном режиме работы ЛЭП и блокирующего при нормальном режиме работы ЛЭП с включенной СПГ переменным током на тросе защищаемой ЛЭП (разрешаемая или блокируемая ступень ТЗНП определяется расчетом параметров нормального и аварийного режимов работы при ПГ переменным током на тросе).

К несущественным признакам изобретения относятся:

- ступенчатый принцип выполнения ТЗНП ЛЭП;

- применение принципа токовой отсечки нулевой последовательности (количестве ступеней от трех до шести определяется расчетом режимов в зависимости от особенностей эксплуатации ЛЭП).

К существенным признакам изобретения относятся:

- комбинирование нескольких параметров электрического режима работы (ток, напряжение, мощность) ЛЭП;

- комбинирование сигналов по параметрам НП и ОП, применение которых дает технический результат.

Развитие изобретения заключается в том, что в алгоритме функционирования устройства ТЗНП ЛЭП используются разные комбинации измеряемых сигналов по следующим параметрам:

- тока НП и тока ОП;

- тока НП и напряжения ОП;

- тока НП и мощности ОП.

4. Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показан функциональный узел логической схемы ТЗНП ЛЭП, поясняющий сущность способа ТЗНП ЛЭП по выполнению задачи на примере ее одной из ступеней (чаще всего последней), которая может быть подвержена технической проблеме.

На фиг. 1 приняты следующие обозначения логических блоков, реализующих заявляемый способ ТЗНП ЛЭП:

1 - измерительный орган тока НП - ИО_НП;

2 - пусковой орган по току НП - ПО_НП;

3 - измерительный орган сигнала по параметру ОП (ток, напряжение, мощность) - ИО_ОП;

4 - пусковой орган по сигналу по параметру ОП (ток, напряжение, мощность) - ПО_ОП;

5 - блокирование или вывод ТЗНП (например, вывод ТЗНП ключом управления в шкафу или панели РЗА; вывод программной накладкой в МП терминале РЗА; блокирование при неисправности цепей напряжения; срабатывание ТЗНП ЛЭП);

6 - логический элемент с функцией «И» (логический вентиль сигналов);

7 - элемент времени, формирующий выдержку времени на срабатывание и/или возврат - ЭВ;

8 - исполнительный элемент (например, выходное реле терминала или промежуточное реле в панели РЗА) - ИЭ.

Функциональный узел логической схемы ТЗНП ЛЭП одной ступени на фиг. 1 может реализовываться в составе ТЗНП ЛЭП как в элементах панели или шкафа РЗА (электромеханические и микроэлектронные устройства), так и программным способом в микропроцессорном терминале РЗА.

5. Осуществление изобретения

Способ ТЗНП ЛЭП осуществляется следующим образом, рассмотрим на примере одной из ступеней (чаще всего последней):

1. Измерительный орган тока НП (1) подает сигнал на пусковой орган по току НП (2), который формирует сигнал срабатывания при превышении уставки по току.

2. Измерительный орган тока (напряжения, мощности) ОП (3) подает сигнал на пусковой орган по току (напряжению, мощности) ОП (4), который формирует сигнал срабатывания при превышении уставки по току (напряжению, мощности).

3. Воздействием персонала или от смежного устройства РЗА формируется сигнал блокирования или вывода ТЗНП ЛЭП (5) при технологической необходимости.

4. Логический элемент с функцией «И» (6) обрабатывает эти три входных сигнала: два о срабатывании ПО (2) и (4) и один о блокировании или выводе ТЗНП ЛЭП (5), и формирует выходной сигнал на элемент времени (7) с регулируемой выдержкой времени на срабатывание и/или возврат.

5. Элемент времени (7) принимает сигнал от логического элемента «И» (6) и формирует выходной сигнал на исполнительный элемент (8), например выходное реле терминала или промежуточное реле в панели РЗА, через выдержку времени в соответствии с уставкой по времени.

6. Исполнительный элемент (8) принимает сигнал от элемента времени и формирует сигнал в цепь отключения выключателя.

Количество таких ступеней в ТЗНП ЛЭП может быть от трех до шести, число ступеней определяется расчетом режимов в зависимости от особенностей эксплуатации ЛЭП. Уставки по току НП каждой ступени отличаются, также как уставки по выдержкам времени.

Необходимость ввода информации сигнала по параметру ОП определяется расчетом электрических нормальных и аварийных режимов работы ЛЭП в зависимости от особенностей ее эксплуатации. Наиболее вероятно для последней ступени ТЗНП ЛЭП, выполняющей резервирование.

Способ ТЗНП ЛЭП, заявленный в изобретении, осуществляется в четырех основных случаях, его работа представлена следующим образом на примере одной ступени (последней, выполняющей резервирование ТЗНП смежных ЛЭП и ТЗНП стороны трансформаторов на смежных объектах):

1. Нормальный режим работы ЛЭП по передачи электроэнергии без выполнения ПГ переменным током на тросе с использованием земли в качестве обратного провода:

- происходит измерение параметра режима НП в (1), значения которого для ПО_НП ниже уставки в (2);

- происходит измерение параметра режима ОП в (3), значения которого для ПО_ОП ниже уставки в (4);

- сигнал о блокировании или выводе ТЗНП ЛЭП отсутствует от (5);

- логический вентиль (6) обрабатывает сигналы на своих входах от (2), (4), (5) и не выдает сигнал на вход ЭВ (7) и ИЭ (8) соответственно;

- ЛЭП остается в работе, так как нет условий для отключения.

2. Нормальный режим работы ЛЭП по передачи электроэнергии с выполнением ПГ переменным током на тросе с использованием земли в качестве обратного провода:

- происходит измерение параметра режима НП в (1), значения которого для ПО_НП выше уставки в (2);

- происходит измерение параметра режима ОП в (3), значения которого для ПО_ОП ниже уставки в (4);

- сигнал о блокировании или выводе ТЗНП ЛЭП отсутствует от (5);

- логический вентиль (6) обрабатывает сигналы на своих входах от (2), (4), (5) и не выдает сигнал на вход ЭВ (7) и ИЭ (8) соответственно;

- ЛЭП остается в работе, даже при срабатывании ПО_НП;

3. Аварийный режим работы ЛЭП (обрыв и/или замыкание проводов фаз) при передаче электроэнергии без выполнения ПГ переменным током на тросе с использованием земли в качестве обратного провода:

- происходит измерение параметра режима НП в (1), значения которого для ПО_НП выше уставки в (2);

- происходит измерение параметра режима ОП в (3), значения которого для ПО_ОП выше уставки в (4);

- сигнал о блокировании или выводе ТЗНП ЛЭП отсутствует от (5);

- логический вентиль (6) обрабатывает сигналы на своих входах от (2), (4), (5) и выдает сигнал на вход ЭВ (7) и ИЭ (8) соответственно;

- происходит отключение ЛЭП, выполнена селективная работа ТЗНП.

4. Аварийный режим работы ЛЭП (обрыв и/или замыкание проводов фаз) при передаче электроэнергии с выполнением ПГ переменным током на тросе с использованием земли в качестве обратного провода:

- происходит измерение параметра режима НП в (1), значения которого для ПО_НП выше уставки в (2) (аварийный ток может, как складываться с наведенным током, так и вычитаться с ним);

- происходит измерение параметра режима ОП в (3), значения которого для ПО_ОП выше уставки в (4);

- сигнал о блокировании или выводе ТЗНП ЛЭП отсутствует от (5);

- логический вентиль (6) обрабатывает сигналы на своих входах от (2), (4), (5) и выдает сигнал на вход ЭВ (7) и ИЭ (8) соответственно;

- происходит отключение ЛЭП, выполнена селективная работа ТЗНП.

В случае блокированиях или выводах ТЗНП ЛЭП при технологической необходимости ЛЭП остается в работе во всех четырех сочетаниях, указанных выше.

Изобретение относится к электрической сети 110 кВ и выше (с глухо заземленной нейтралью), в частности к токовой защите линии электропередачи (ЛЭП) с учетом особенностей режима плавки гололеда (ПГ) переменным током на ее грозозащитном тросе (далее тросе). Техническая проблема - ложное срабатывание ТЗНП (чаще всего последней ступени) при ПГ на тросе защищаемой ЛЭП переменным током через землю, от которого наводятся токи нулевой последовательности (НП) в проводах фаз этой ЛЭП. Технический результат заключается в исключении ложного срабатывания ТЗНП при включении в работу схемы плавки гололеда (СПГ) переменным током на тросе защищаемой ЛЭП и достигается за счет использования комбинации сигналов по параметрам НП и обратной последовательности (ОП), наличие которых соответствует повреждению в фазах ЛЭП, а наличие только сигнала по параметру НП соответствует процессу ПГ на тросе с использованием земли в качестве обратного провода. Сущность способа ТЗНП ЛЭП заключается в следующей комбинации: выполнение ТЗНП ЛЭП ступенчатыми отсечками по току НП, кроме последней ступени, которая предназначена для осуществления резервирования ТЗНП смежных ЛЭП и ТЗНП стороны трансформаторов на смежных объектах; введение в логику функции ТЗНП ЛЭП сигнала по параметру ОП, разрешающего работу ТЗНП ЛЭП (чаще всего последней ступени) при аварийном режиме работы ЛЭП и блокирующего при нормальном режиме работы ЛЭП с включенной СПГ переменным током на тросе защищаемой ЛЭП (разрешаемая или блокируемая ступень ТЗНП определяется расчетом параметров нормального и аварийного режимов работы ПГ переменным током на тросе). Развитие изобретения заключается в том, что в алгоритме функционирования устройства ТЗНП ЛЭП используются разные комбинации измеряемых сигналов по следующим параметрам: тока НП и тока ОП; тока НП и напряжения ОП; тока НП и мощности ОП. 1 ил.

Способ токовой защиты нулевой последовательности линии электропередачи (ЛЭП) при плавке гололеда переменным током на ее грозозащитном тросе с использованием земли в качестве обратного провода, заключающийся в том, что формируют сигнал тока нулевой последовательности (НП), отличающийся тем, что дополнительно формируют сигнал тока, или напряжения, или мощности обратной последовательности (ОП), при этом сигнал на отключение ЛЭП формируется в процессе обработки комбинации сигналов тока НП и тока, или напряжения, или мощности ОП.