Способ контроля погасания дуги подпитки на отключенной фазе в цикле однофазного автоматического повторного включения линии электропередачи с шунтирующими реакторами и устройство для его осуществления Российский патент 2024 года по МПК H02H3/06 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к релейной защите и автоматике линий электропередачи переменного тока высокого напряжения.

Известен способ определения факта погасания дуги [1], по которому измеряют напряжение на отключенной фазе, и факт погасания дуги определяют путем сравнения модуля измеренного напряжения на отключенной фазе с заданным пороговым уровнем напряжения и сравнения угла между вектором измеренного напряжения на отключенной фазе и вектором тока нулевой последовательности с заданным пороговым уровнем угла. Выбор пороговых уровней по напряжению и углу выполняется с учетом степени компенсации рабочей емкости и угла электропередачи по условию отстройки от режимов короткого замыкания на линии электропередачи, что ограничивает область применения способа. Кроме этого, применение фазовых соотношений затрудняется вследствие того, что восстановление напряжения при наличии реакторов на линии электропередачи происходит в условиях биений. В этих условиях контролируемый сигнал содержит составляющие с несколькими близкими частотами и достоверное выявление факта погасания дуги по частоте напряжения поврежденной фазы невозможно [1].

Известен способ контроля состояния отключенной в цикле однофазного автоматического повторного включения (далее ОАПВ) фазы линии электропередачи с шунтирующими реакторами [2], при котором 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]. Надежное определение факта погасания дуги данным способом не обеспечивается при изменении степени компенсации рабочей емкости линии, например, в случае отключения одного из реакторов, поскольку измеряемая за заданный период времени разность напряжений зависит от периода биений свободной составляющей.

Наиболее близким по технической сущности решением является способ контроля погасания дуги подпитки на отключенных фазах линии электропередачи с шунтирующими реакторами, в цикле однофазного автоматического повторного включения, при котором измеряют напряжение на отключенной фазе и длительности интервалов между переходами через нулевые значения напряжений отключенных фаз [3].

В этом способе измеряют напряжение на отключенной фазе и сравнивают с пороговым значением, фиксируют превышение измеренным напряжением порогового значения в течение времени, необходимого для восстановления прочности воздушного промежутка, 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 указанного выше интервала времени контроля за величиной напряжения, формируют сигнал о погасании дуги подпитки.

Недостатком способа является низкая достоверность определения факта погасания дуги, обусловленная наличием составляющих с разными частотами в контролируемом сигнале.

Целью предложенных технических решений является повышение достоверности факта погасания электрической дуги на отключенной в цикле ОАПВ фазе линии электропередачи с шунтирующими реакторами.

Поставленная цель достигается способом контроля погасания дуги подпитки на отключенной фазе в цикле ОАПВ линии электропередачи с шунтирующими реакторами, заключающемся в том, что измеряют напряжение на отключенной фазе, сравнивают значения контролируемых величин с соответствующими пороговыми уровнями и при превышении ими пороговых уровней в период разрешения от автоматического повторного включения формируют сигнал о погасании дуги подпитки с заданной задержкой по времени, в котором дополнительно осуществляют нерекурсивную фильтрацию измеряемого напряжения на отключенной фазе, вычисляют значения обратные длительности временных интервалов между переходами через нулевые значения сигнала, выделяемого посредством нерекурсивной фильтрации измеряемого напряжения на отключенной фазе, определяют приращения каждого вновь вычисленного значения обратного длительности временного интервала между переходами через нулевые значения сигнала, выделяемого посредством нерекурсивной фильтрации измеряемого напряжения на отключенной фазе, осуществляют контроль значений величины определяемых приращений и значений сигнала, выделяемого посредством нерекурсивной фильтрации измеряемого напряжения на отключенной фазе.

Указанная цель достигается устройством контроля погасания дуги подпитки на отключенной фазе в цикле однофазного автоматического повторного включения линии электропередачи с шунтирующими реакторами, содержащим первичный преобразователь напряжения линии электропередачи, блок измерения напряжения, первый и второй пороговый элементы, логический элемент “И”, элемент временной задержки, вход блока измерения напряжения подключен к выходу первичного преобразователя напряжения линии электропередачи, первый вход логического элемента “И” подключен к выходу первого порогового элемента, второй вход логического элемента “И” подключен к выходу второго порогового элемента, третий вход логического элемента “И” связан с выходом разрешения от автоматического повторного включения, выход логического элемента “И” соединён со входом элемента временной задержки, в котором дополнительно введен блок нерекурсивной фильтрации, блок вычисления значений обратных длительности временных интервалов между переходами через нулевые значения сигнала, блок определения приращений вычисляемых значений обратных длительности временных интервалов между переходами через нулевые значения сигнала, вход блока нерекурсивной фильтрации подключен к выходу блока измерения напряжения, выход блока нерекурсивной фильтрации подключён ко входу первого порогового элемента и ко входу блока вычисления значений обратных длительности временных интервалов между переходами через нулевые значения сигнала, вход блока определения приращений вычисляемых значений обратных длительности временных интервалов между переходами через нулевые значения сигнала подключен к выходу блока вычисления значений обратных длительности временных интервалов между переходами через нулевые значения сигнала, выход блока определения приращений вычисляемых значений обратных длительности временных интервалов между переходами через нулевые значения сигнала подключен ко входу второго порогового элемента.

В напряжении на отключенной в цикле ОАПВ фазе при горении дуги присутствуют принужденная составляющая и гармонические составляющие, обусловленные нелинейным характером дуги, а при погасании дуги присутствует принужденная составляющая и свободная составляющая, определяемая наличием колебательного контура реактор - емкость линии. Принужденная составляющая вызвана наличием наведенной э.д.с. в поврежденной фазе. Влияние принужденной составляющей на выявление факта погасания дуги устраняется путём нерекурсивной фильтрации измеряемого напряжения. В установившемся режиме при погасшей дуге в сигнале, полученном с помощью нерекурсивной фильтрации напряжения на отключенной фазе, практически, отсутствуют изменения приращений вычисляемых значений обратных длительности временных интервалов между переходами через нулевые значения сигнала. При горении дуги имеют место существенные изменения этих приращений, что позволяет более достоверно выявить факт погасания дуги.

Таким образом, заявляемые технические решения соответствуют критерию «новизна» и «существенные отличия».

На фиг.1 представлена структурная схема устройства, реализующего предложенный способ контроля погасания дуги. Схема содержит первичный преобразователь напряжения 2, подключенный входом к линии электропередачи 1; блок измерения напряжения 3; блок нерекурсивновной фильтрации 4; первый пороговый элемент 5; блок вычисления значений обратных длительности временных интервалов между переходами через нулевые значения сигнала 6; блок вычисления приращений 7; второй пороговый элемент 8; логический элемент “И” 9; элемент временной задержки 10.

Предложенный способ реализуется следующим образом (см. фиг. 1).

Напряжение линии электропередачи 1 через первичный измерительный преобразователь напряжения 2 поступает на вход блока измерения напряжения 3, выход которого подключён ко входу нерекурсивного фильтра 4. С помощью нерекурсивной фильтрации устраняется принужденная составляющая в рассматриваемом сигнале напряжения отключенной фазы, что в первую очередь исключает влияние изменения частоты напряжений неповрежденных фаз на вычисление длительности временных интервалов между переходами через нулевые значения сигнала. Во-вторых, это позволяет не учитывать режимы близких коротких замыканий на линии при выборе пороговых значений первого порогового элемента. Сигнал с выхода нерекурсивного фильтра поступает одновременно на первый пороговый элемент 5 и блок вычисления значений, обратных длительности временных интервалов между переходами через нулевые значения сигнала 6. Пороговый элемент 5 срабатывает при превышении модуля входного сигнала заданного значения. Пороговое значение элемента 5 задается по условиям отстройки от возможных погрешностей измерения и нерекурсивной фильтрации напряжения линии. Вычисленные значения с выхода блока 6 поступают на вход блока 7 определения приращения каждого вновь вычисляемого значения обратного длительности временного интервала между переходами через нулевые значения сигнала. Определенные значения приращения блока 7 поступают на вход второго порогового элемента 8, который срабатывает, если приращение значений, обратных длительности временных интервалов между переходами через нулевые значения сигнала, не превышает заданного порогового значения. Контроль приращения значений, обратных длительности временных интервалов между переходами через нулевые значения сигнала, позволяет определить установившийся режим восстановления напряжения при погасании дуги. При этом, значение длительности периода биений свободной составляющей, возникающей в бестоковую паузу ОАПВ, учитывать не требуется, чем достигается независимость контроля погасания дуги от степени компенсации рабочей емкости линии.

Вследствие того, что в качестве входной анализируемой информации используется только сигнал напряжения на отключенной фазе, значение угла электропередачи не оказывает влияние на выявление факта погасания дуги подпитки.

Сигнал на выходе логического элемента “И” 9 формируется при срабатывании обоих пороговых элементов и получении разрешающего сигнала от АПВ, подтверждающего отключение поврежденной фазы. При сохранении активного состояния выхода логического элемента “И” 9 в течение временной задержки 10 формируется сигнал о погасании дуги на отключенной в цикле ОАПВ фазе. Временная задержка блока 10, задаваемая, например, в пределах 250-300 мс, обеспечивает условия, необходимые для деионизации среды в месте горения дуги.

В нормальном нагрузочном режиме работы линии электропередачи значение сигнала на выходе нерекурсивного фильтра 4 близко к нулю, поскольку напряжение в нормальном режиме содержит принужденную составляющую с частотой сети, которая отфильтровывается. Пороговые элементы 5 и 8 при этом не срабатывают.

При действии защиты на отключение поврежденной фазы поступает разрешающий сигнал на вход 3 логического элемента “И” 9 от АПВ. Одновременно осуществляется сравнение измеренной величины напряжения на выходе нерекурсивного фильтра пороговым элементом 5, а на пороговом элементе 8 сравнение рассчитанного приращения вновь полученного значения обратного значению интервала времени перехода сигнала через нулевые значения с соответствующими пороговыми уровнями. При горении дуги подпитки напряжение отключённой фазы содержит принужденную составляющую, имеющую частоту сети, и гармонические составляющие, определяемые нелинейным характером сопротивления дуги и частичными пробоями. В связи с этим, во время горения дуги отсутствуют условия для срабатывания порогового элемента 8, поскольку значения указанных выше рассчитанных приращений превышают пороговые значения. После погасания дуги начинается переходной процесс восстановления напряжения, сигнал которого содержит частоту принужденных колебаний из-за наличия емкостных и индуктивных связей с неповрежденными фазами, а также частоту свободных колебаний, обусловленную наличием реактора и емкости линии. Восстанавливающееся напряжение существенно отличается по форме от напряжения во время горения дуги подпитки. При погасании дуги сигнал напряжения имеет установившийся характер с отсутствием значительных приращений. В связи с этим одновременно появляются условия для срабатывания пороговых элементов 5 и 8. Таким образом, нерекурсивная фильтрация измеряемого напряжения поврежденной фазы в цикле ОАПВ и использование приращений вычисляемых значений обратных длительности временных интервалов между переходами через нулевые значения сигнала позволяют надёжно выявить факт погасания дуги на отключенной в цикле ОАПВ фазе.

Таким образом, редложенные технические решения позволяют существенно повысить точность определения факта погасания дуги и тем самым сократить время неполнофазного режима при устранении однофазных повреждений на линиях электропередачи высокого напряжения, что, в свою очередь, повышает устойчивость энергосистемы к аварийным возмущениям и увеличивает надёжность электроснабжения потребителей в целом.

Источники информации:

1. Процессы при однофазном автоматическом повторном включении линий высоких напряжений / Н.Н. Беляков, К.П. Кадомская, М.Л. Левинштейн и др.; под ред. М.Л. Левинштейна. - М.: Энергоатомиздат, 1991.

2. Патент RU 2695890 Способ контроля состояния отключенной в цикле ОАПВ фазы линии электропередачи с шунтирующими реакторами и устройство для его осуществления // Н.А. Дони, Д.В. Ильин, А.В. Бычков. Опубл. 30.07.2019. Бюл. №22.

3. Патент SU 1418840 Способ контроля погасания дуги подпитки на отключенных фазах линии электропередачи с шунтирующими реакторами // А.Ф. Калинченко, Т.В. Титова, М.И. Хорошев, Ю.И. Лысков. Опубл. 23.08.1988. Бюл. №31.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к релейной защите и автоматике линий электропередачи высокого напряжения. Техническим результатом предложенных технических решений является повышение достоверности факта погасания электрической дуги на отключенной в цикле ОАПВ фазе линии электропередачи с шунтирующими реакторами. Технический результат достигается тем, что в известном способе дополнительно осуществляют нерекурсивную фильтрацию измеряемого напряжения на отключенной фазе, вычисляют значения обратные длительности временных интервалов между переходами через нулевые значения сигнала, выделяемого посредством нерекурсивной фильтрации измеряемого напряжения на отключенной фазе, определяют приращения каждого вновь вычисленного значения обратного длительности временного интервала между переходами через нулевые значения сигнала, выделяемого посредством нерекурсивной фильтрации измеряемого напряжения на отключенной фазе, осуществляют контроль значений величины определяемых приращений и значений сигнала, выделяемого посредством нерекурсивной фильтрации измеряемого напряжения на отключенной фазе. Поставленная цель достигается также тем, что устройство, реализующее способ, дополнительно содержит блок нерекурсивной фильтрации, блок вычисления значений обратных длительности временных интервалов между переходами через нулевые значения сигнала, блок определения приращений вычисляемых значений обратных длительности временных интервалов между переходами через нулевые значения сигнала, вход блока нерекурсивной фильтрации подключен к выходу блока измерения напряжения, выход блока нерекурсивной фильтрации подключён ко входу первого порогового элемента и ко входу блока вычисления значений обратных длительности временных интервалов между переходами через нулевые значения сигнала, вход блока определения приращений вычисляемых значений обратных длительности временных интервалов между переходами через нулевые значения сигнала подключен к выходу блока вычисления значений обратных длительности временных интервалов между переходами через нулевые значения сигнала, выход блока определения приращений вычисляемых значений обратных длительности временных интервалов между переходами через нулевые значения сигнала подключен ко входу второго порогового элемента. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ контроля погасания дуги подпитки на отключенной фазе в цикле однофазного автоматического повторного включения линии электропередачи с шунтирующими реакторами, заключающийся в том, что измеряют напряжение на отключенной фазе, сравнивают значения контролируемых величин с соответствующими пороговыми уровнями и при превышении ими пороговых уровней в период разрешения от автоматического повторного включения формируют сигнал о погасании дуги подпитки с заданной задержкой по времени, отличающийся тем, что осуществляют нерекурсивную фильтрацию измеряемого напряжения на отключенной фазе, вычисляют значения обратные длительности временных интервалов между переходами через нулевые значения сигнала, выделяемого посредством нерекурсивной фильтрации измеряемого напряжения на отключенной фазе, определяют приращения каждого вновь вычисленного значения обратного длительности временного интервала между переходами через нулевые значения сигнала, выделяемого посредством нерекурсивной фильтрации измеряемого напряжения на отключенной фазе, осуществляют контроль значений величины определяемых приращений и значений сигнала, выделяемого посредством нерекурсивной фильтрации измеряемого напряжения на отключенной фазе.

2. Устройство контроля погасания дуги подпитки на отключенной фазе в цикле однофазного автоматического повторного включения линии электропередачи с шунтирующими реакторами, содержащее первичный преобразователь напряжения линии электропередачи, блок измерения напряжения, первый и второй пороговый элементы, логический элемент “И”, элемент временной задержки, вход блока измерения напряжения подключен к выходу первичного преобразователя напряжения линии электропередачи, первый вход логического элемента “И” подключен к выходу первого порогового элемента, второй вход логического элемента “И” подключен к выходу второго порогового элемента, третий вход логического элемента “И” связан с выходом разрешения от автоматического повторного включения, выход логического элемента “И” соединён со входом элемента временной задержки, отличающееся тем, что дополнительно введены блок нерекурсивной фильтрации, блок вычисления значений обратных длительности временных интервалов между переходами через нулевые значения сигнала, блок определения приращений вычисляемых значений обратных длительности временных интервалов между переходами через нулевые значения сигнала, вход блока нерекурсивной фильтрации подключен к выходу блока измерения напряжения, выход блока нерекурсивной фильтрации подключён ко входу первого порогового элемента и ко входу блока вычисления значений обратных длительности временных интервалов между переходами через нулевые значения сигнала, вход блока определения приращений вычисляемых значений обратных длительности временных интервалов между переходами через нулевые значения сигнала подключен к выходу блока вычисления значений обратных длительности временных интервалов между переходами через нулевые значения сигнала, выход блока определения приращений вычисляемых значений обратных длительности временных интервалов между переходами через нулевые значения сигнала подключен ко входу второго порогового элемента.