Устройство для дистанционной защиты линий электропередачи от несимметричных коротких замыканий на землю Советский патент 1983 года по МПК H02H3/40 

Изобретение относится к электроэнергетике и предназначено для дистанционной защиты линий электропередачи от несимметричных коротких замыканий на землю.

Известны устройства дистанционной защиты несимметричных коротких замыканий на землю, содержащие формиров.агель компенсированных фазных напряжений и напряжения, пропорционального току нулевой последовательности, преобразователи указанных синусоидальных напряжений в прямоугольные импульсы, знак которых совпадает со знаком, мгновенных значений соответствукндих напряжений, схему совпадения и бло преобразователя для преобразования : импульсов -в непрерывный сигнал 1 .

Недостатком известных устройств я-вляется низкая чувствительность при однофазных коротких замыканиях в защищаемой зоне через переходное сопротивление, особенно на линиях электропередачи небольшой длины при больших мощностях питающих систем, а также в ряде случаев низкая селективность особенно на протяженных линиях электропередачи при больших мощностях питающих систем.

Обусловлен этот недостаток тем, что форма характеристики известных устройств в комплексной плоскости однозначно определяется режимом работы защищаемой электропередачи и не регулируется параметрами схемы устройства. В результате на линиях небольшой длины, а следовательно, и небольшой величины сопротивления устав-

10 ки и при мощных эквивалентных питающих системах площадь характеристики устройства в ко.мплексной плоскости сопротивлания петли короткого замыкания снижается, и чувствительность

15 к переходным сопротивлениям может оказаться недостаточной. И наоборот, на линиях большой длины площадь характеристики увеличивается, что приводит к снижению селективности уст20ройства при внешних коротких замыканиях в условиях расхождения по фазе ЭДС эквивалентных питающих систем.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство дистанционной

25 защиты линии электропередач от несимметричных коротких замыканий на землю, содержащее формирователь компенсированных фазных напряжений и напряжений пропорционального току ну30левой последовательности, выходу которого соединены с входами преобразо вателя указанных напряжениП в сигналы с прямоугольной формой волны, пер вый выход которого соединен с входом формирователя импульсов, а каждый из трех других выходов соединен с входом соответствующего расширителя импульсов, выход каждого из которых соединен с одним из входов соответст вующего элемента И, другой вход каждого из которых соединен с соответствующим выходом избирателя особой фазы, а выходы каждого из элементов соединены, с одним из входов соответствующего элемента Ш1И, другой вход каждого из которых соединен соответственно с упомянутыми тремя выходами преобразователя синусоидальных напря жений в сигналы с прямоугольной формой волны, а выходы элементов ИЛИ соединены соответственно с первыми тремя входами схемы совпадения, четвертый вход которой соединен с выходом фор:.ирователя импульсов, а выход соединен с выходным органом. Это устройство имеет значительно чувствительность к однофазным коротким замыканиям через переходное сопротивление. Недостаток такого уст ройства - недостаточная надежность функционирования. Устройство может иметь разные характеристики в .зависимости от того, какая фаза замкнулась на земле Л, В или С, что приводит к снижению надежности функционирования, так как при изменении формы характеристики устройства будут изменяться и отличаться от расчетных его селективности и чувствительности к переходным сопротивлениям. . Обусловлен этот недостаток тем, что устройство содержит три расширителя импульсов, степень расширения у которых будет различной, так как практически невозможно выполнить рас ширители импульсов совершенно одинаковой длительностью импульсов на их выходах вследствие разброса параметров элементов этих расширителей. Цель изобретения - повышение надежности функционирования. Указанная цель Достигается тем, что устройство для дистанционной защиты линии электропередачи от несимметричных коротких замыканий на землю, содержащее формирователь синусоидальных компенсированных фазных напряжений и напряжения, пропорционального току нулевой последовательности, подключенный к измерительным трансформаторам тока и напряжения, выходы которого соединены с входами преобразователя указанных синусоидальных напряжений в сигналы с прямоугольной формой волны, выход О Преобразователя через формирователь импульсов соединен с входом блока совпадения, а выходы А ,В ,С преобразователя соответственно соединены с первыми входами соответствующих элет ментов ИЛИ и электрически связаны с первыми входами соответствующих элементов И, вторые входы которых соответственно соединены с выходс1ми А, В, С избирателя особой фазы, а выходы - с вторыми входами упомянутых элементов ИЛИ, выходы которых соединены с соответствующими входами блока совпадения, соединенного с выходным органом, дополнительно снаб жено тремя элементами И и элементом ,ИЛИ, причем каждый из входов А ,В , С преобразователя соединен соответственно с входом одного из дополнительных элементов И, вторые входы которых соединены соответственно с выходами А, В, С избирателя особой фазы, а выходы соединены с входами дополнительного элемента ИЛИ, выход которого через вновь введенный расширитель импульсов соединен с первыми входами элементов И. Введение трех элементов И, выходы которых через элемент ИЛИ подсоединены к входу расширителя импульсов, позволяет использовать один расширитель импульсов, сформированных не компенсированных фазных напряжений, вместо трех расширителей импульсов установленных в цепи каждого компенсированного напряжения в известном устройстве. Так как импульсы из компенсированных фазных напряжений разных фаз будут расширяться одним и тем же расширителем импульсов, то не будет отличий в характеристиках устройства при разных видах коротких замыканий, обусловленных отличием в параметрах расширителей импульсов,что имеет место в известном устройстве. При этом снижается число неблагоприятных факторов, вызывающих отличие селективности и чувствительности устройства к переходным сопротивлениям от расчетных значений, что приводит к повышению надежности функционирования устройства. На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 и 3 - диаграмг«и напряжений; на фиг. 4 - характеристики срабатывания в комплексной плоскости сопротивления петли короткого замыкания на фиг. 5 - характеристика срабатывания в комплексной плоскости отношения ЭДС по концам электропередачи. Устройство содержит формирователь 1 синусоидальных компенсированных фазных напряжений Од, 0, й и напряжения GO пропорционального току нулевой последовательности, выходы которого соединены с соответствующими входами преобразователя 2 указанных напряжений в сигналы с прямоугольной формой волны, причем фазы этих сигналов на выходах А, В, С, О преобраэователя 2 соответствуют фазам напря жений Од, 0, и., GO и причем выход О преобразователя 2 через формирователь 3 импульсов заданной длительности соединены с входом схекы 4 сов падения, а выходы А, В, С преобразователя 2 соответственно соединены с первыми входами элементов ИЛИ 5-7 с первыми входами элементов И 8-10, вторые входы которых соответственно соединены с выходами А, В, С избирателя 11 особой фаэы, а выходы элемен тов И 8-10 соответственно соединены с входами элемента ИЛИ 12, выход которого через расширитель 13 импульсов соединен с одним из входов элементов И 14-16, вторые входы которых соответственно соединены с выходами А, В, С избирателя 11 особой фазы, а выходы элементов И 14-16 соединены с вторыми входами соответственно элементов ИЛИ 5-7, выходы которых соответственно соединены с входами схемы 4 совпадения, выход которой соединен с выходным органом 17. Устройство дистанционной защиты электропередач от несимметричных ко;ротких замыканиА на эемлю работает следующим образом. На входы формирователя 1 (фиг.1) поступают н апряжения Од, 0, DC и то f ъ с соответствующих фаз А, В, Си ток нулевой последовательности ig из которых формирователем 1 формируются следующие компенсированные фазные напряжения йд, й, U(4 и напряжение UQ, пропорциональное то ку нулевой последовательности )iИ) )jС4) );о) 0 ,(4) где Zu - сопротивление уставки, опре деляемое по прямой последовательности ; к - коэффициент компенсации; п - коэффициент, пропорционгшьности. Преобразователи 2 преобразуют положительные полуволны (при однополупериодном выполнении подводимых сину соидгшьных напряжений Од , Ug , 0 , UQ, в прямоугольные логические им. пульсы. На фиг. 2 и фиг. 3 изображен ны диаграммы напряжений, где по оси ординат отложено напряжение)а по абцисс i - время. Кривая 18 (фиг.2а соответствует напряжению 0 на выходе формирователя 1, пропорционального току нулевой последовательности До. Иэ напряжений Оо преобразователем 2 1ФИГ. ) формируются прям огугольные логические импульсы 19 (фиг. 2б), длительность которых соответствует длительности положительной полуволны напряжения OQ- Формирователь 3 импульсов из прямоугольного импульса 19 (фиг.26) формирует, импульс 20 (фиг. 2в) длительностью if д, причем начало импульса 20, сдвинуто относительно начала импульса 19 на величину (Го Кривая 21 (фиг. За), соответствует компенсированным напряжениям 0, и, й на выходе формирователя 1. Из напряжений ill , и, U0 преобразователем 2 формируются прямоугольные логические импульсы 22 (фиг. 36J., длительность которых соответствует длительности положительной полуволны соответствующего напряжения. Расширитель 12 импульсов увеличивает длительность импульсов на его выходе относительно длительности импульсов на его входе на величину ff. При этом длительность импульса 23 на выходе расширителя составляет у + сГ(фиг. Зв. В нормальном режиме работы защища-. емой линии электропередачи на выходах А, В, С избирателя 11 особой фазы сигналы отсутствуют. При этом ка одном из входов каждого из элементов И 5-10 сигнал также отсутствует, а следовательно, нет сигналов и на .выходах шести элементов И. В результате на входы элементов ИЛИ 5-7 поступают соответственно только импульсы 22 с выходов Л, В, С преобразователя 2, длительность которых равна длительности положительной компенсированных напряжений йд, у, и соответственно. Так как в нормальном режиме работы линии электропередачи ток нулевой последовательности отсутствует, то нет напряжения О на вы;соде формирователя 1 и нет импульсов 20 на выходе формирователя 3. Схема совпадения при этом не работает и на ее выходе импульсы не появляются - устройство не работает. При коротком замыкании на землю, например, при замыкании на землю фазУ А или одновременном замыкании на землю фаз В и С появляется tOK нулевой последовательности, а следовательно и появляются импульсы 20 (фиг. 2в} на выходе формирователя 3 импульсов заданной длительности. Кроме того, появляется непрерывный сигнал на выходе А избирателя 11 (фиг. 1) особой фазы, который поступает на один из входов элементов И 8 и И 14. При этом на выходе элемента И В появляется импульс 22, длительность которого соответствует длительности положительной полуволны компенсированного напряжения иА фазы А, которое через элемент ИЛИ 12 поступает на вход pac ширителя 13 импульсов. На выходе рас ширителя 13 появляется импульс 23 (фиг, 2в| длительностью- сГ , который поступает на один из входов элементов И 14-16 (фиг. 1). Так как непрерывный сигнал присутствует только на выходе А избирателя 11 особой фа зы, а на выходах В и С 1 збирателя 11 .сигнсшов нет, то элементы И 9 и И 10 И 15 и И 16 не срабатывают, а на-.выходе элемента И 14 появляются импуль сы 23, поступающие на вход элемента ИЛИ 5. На другой вход элемента ИЛИ 5 поступают импульсы 22, длительностью у-. Так как импульсы 22 ч 23 начинают ся одновременно, а длительность импульса 23 больше длительности импуль са 22, на выходе элемента ИЛИ 5 буде присутствовать -импульс 23. Таким образом, на входы схемы совпешения поступает импульс 20, импульс 23 длительностью З+сГ из компенсированного напряжения Од и импульсы 22 ностью У из компенсированных напря-j жений йрИ 1) . Для срабатывания устройства необходимо одновременное присутствие всех перечисленных импульсов . Это имеет место при выполнении двух условий. . Условие.1. Напряжение UQ пропорциональное току нулевой последовательности, должно либо опережать ком пенсированные фазные напряжения Цд, Ug, и на угол, меньший либо должно отставать от напряжения ид на угол меньший + сГ-(, на пряжений и. - на угол f OQI т.е. одновременно должны выполняться неравенства -Cr+(f-cfo)-a gl jolU;)fo; С5), -tf-rfo)avQfCOolO K oi (6): -()аг Сио10.), (1) где аК - аргумент комплексного числа, . Условие 2. Пучок векторов компенсированных фазных напряжений должен находиться в одной половине комплексной плоскости, если опережаю 1ЦИМ вектором в пучке является напряжение Og или напряжение UJ, , либо пучок векторов можно охватить углом и + d, если опережающим вектором в пучке является вектор напряжения Цд,/ То есть одновременно должны выполняться два неравенства в одной из следующих трех систем неравенства; o arg tUA|OB) 05aKgeu |U):Sf(fr (u;iu;)«f oiar-gf (uE,/ui, (UclO;)Sr) (o; osaigfCul;|u|l,)5rJ To есть работа предлагаемого устройства описывается такими же неравенствами, что и известного устройства. При этом и форма характеристики предлагаемого устройства в комплексной плоскости аналогична характеристике известного устройства. Точно так же граничными линиями неравенств (5), (6) и (7) являются соответственно прямые АО и ОА, ВО и ОВ,СО -.и ОС проходящие через особые точки Zy , Pg, PC , в которых обращаются в нуль компенсированные напряжения йд. Up, и ц1. соответственно (фиг. 4), а область выполнения условия 2 - ограничена дугами ВА, АС и СЕ, опирающимися на особые точки Zy, РВ и Р . Вписанный угол дуги БА и СВ равен бО, а дуги АС - 60 - сГ. Прямые ОА и АО образуют с горизонтальной прямой соответственно углы и dp-cTi прямые СО и ОС - соответственно углы 60° - и 60° -{ прямые ВО и ОВ - соответственно углы 60 ° -+- dl и 60« +fo. Чувствительность к переходным сопротивлениям определяется положением дуги АС, т.е. величиной параметра сГ. На фиг. 5 приведена характеристика устройства в комплексной плоскости отношения ЭДС, питающих систем в предельном случае, когда место внешнего однофазного короткого замыкания неограничено приближается к концу защищаемой зоны,Область срабатывания устройства ограничена прямыми ОА и АО. При этом излишнего (неселективного) срабатывания не происходит, если -080-Vfo)e VA -tfo-cr, (О где & - угол расхождения по фазе эквивалентных ЭДС; д - угол полного сопротивления защищаемой линии. Работа устройства симметрична к виду короткого замыкания. То есть аналогичным образом устройство будет работать при коротких замыканиях на землю фазы .В и фаз СА, фазы С и фаз АВ, Например, при коротком замыкании на землю фазы В или фаз СА непрерывный сигнал появится на выходе В избирателя %1 особой фазы (фиг. 1;.При этом на вход расширителя 14 импульсов будет поступать импульс 22 (фиг.36) с выхода В преобразователя 2 и с выхода эпемента ИЛИ 6 на соответствующий вход схемы 4 совпадения будет поступать расширенный импульс 23 1ФИГ. За), сфорлАрованный из компенсированного напряжения фазы В. При этом форма характеристики устройства не изменяется, гизменятся лишь обозначения Граничных линий. Аналогично при коротком замыкании на землю фазы С или фазы С или фаз АВ непрерывный Сигнал появится на выходе С избирате ля 11 особой фазы и на вход расширителя 13 будет поступать импульс 22 с выхода С преобразователя 2. При этом с выхода элемента ИЛИ 7 на соот ветствующий вход схемы совпадения бу дет поступать расширенный импульс, сформированный из компенсированного напряжения фазы С. При этом.Форма характеристики так же будет точно та кой же, как и на фиг. 4 и на фиг. 5, изменятся лишь обозначения граничны линий. Работа известного устройства так же симметрична к виду короткого замы кания. Форма характеристики его так же аналогична при коротких замлканиях на землю разных фаз. Однако полно го совпадения характеристик у извест ного устройства нет. Объясняется это тем, что устройство содержит три рас ширителя импульсов по одному в цепи каждого компенсированного напряжения расширяющих импульсы из напряжения ид, Up и соответственно до значеНИИ fi +dA, й + сГр У коротком зам кании работает только один из них. При этом значение параметра rf ( фиг. Зб) и фиг. 4) при коротком за кыкании на землю фазы ft или фаз ВС равно tf при коротком замыкании на землю фазы В и фаз СА (Г (Г, и при коротком .замыкании на землю фазы С и фаз АВ (f сГд . Причем в общем слу чае вследствие разброса параметров элементов, влияния температуры и т.д (/д ФсГв Ьс При этом в зависимости от того, какая из фаз замкнулась на землю А, В или С, положение граничных линий АО и АС на фиг. 4 и гра ничной линии АО на фиг. 5 будет изме няться. При этом будет изменяться и чувствительность к переходным сопротивлениям, вследствие изменения поло жения граничной линии АС, и селектив ность, вследствие изменения положения граничной линии АО и изменения правой части неравенства (11). Оба эти фактора затрудняют выбор параметра сГ обуславливают отличие его от расчетного значения и в общем слу чае приводят к снижению нгадежности функционирования устройства. . Более того, изменение положения граничной линии АО (фиг. 4) в извест ном устройстве может привести к поте ре .селективности. Это может иметь место при внешних однофазных коротких закыканиях через переходное сопротивление К(фиг.4), когда вследствие увеличения (Г будет выполняться неравенство СctygRy, конец вектора попадает в область срабатывания известного устройства. В предлагаемом же устройстве значение параметра cf одинаковое при всех видах коротких замыканий. При этом положение граничных линий, а, следовательно, и чувствительность к переходным сопротивлениям и селективность при внешних коротких замыканиях не зависят от того, какая из фаз замкнулась на , что приводит к повышению надежности функционирования устройства и к повышению его селективности. Кроме того, уменьшается число регулируемых параметров (один параметр (f вместо трех), что упрощает настройку и эксплуатацию устройства. Таким образом, предлагаемое уст-г ройство позволяет Обеспечить высокую надежность функционирования высокую селективность при внешних коротких замыканиях при сохранении высокой чувствительности к переходным сопротивлениям при однофазных коротких замыканиях в защищаемой зоне. Такое сочетание свойств позволит сократить как число излишних срабатываний при внешних коротких замыканиях, так и число отказов дистанционной защиты при коротких за лыканиях в защищаемой зоне, что повышает надежность электропитания потребителе электрической энергии. Формула изобретения Устройство для дистанционной защиты линии электропередачи от несимметричных коротких замыканий на землю, содержащее формирователь синусоидальных компенсированных фазных напряжений и напряжения, пропорционгшьного току нулевой, последовательности,подключенный к измерительным трансформаторам тока и напряжения, выходы которого соединены с входами преобразователя указанных синусоидальных напряжений в сигналы с прямоугольной формой волны, выход О преобразователя через формирователь импульсов соединен с входом блока совпадения, а выходы А, в, С преобразователя соответственно соединены с первыми входами соответствующих элементов ИЛИ и элекч рическ.и связаны с первыми входами соответствующих элементов И,вторые входы которлах соответственно соединены с выходами А, В, С избирателя особой фазы, а выходы - с вторыми входами упомянутых элементов ИЛИ, выходы которых соединены с соответствующими входа1 и блока совпадения, соединенного с выходным органом, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, оно дополнительно, снабжено тремя элементами И и злементо1л ИЛИ, причем каждый из выходов А, В, С преобразователя соединен соответственно с входом одного из дополнительных элементов И, вторые входы

которых соединены соответственно с выходг1ми А, В, С избирателя особой фазы, а выходы соединены с входами дополнительного элемента ИЛИ, выход которого через вновь введенный расширитель импульсов соединен с первыми входами элементов И.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР по заявке 2901350/24г07,

кл. Н 02 Н 3/40, 1980.

2.Авторское свидетельство СССР 597043, кл. Н 02 Н 3/38, 1978.

7,V,

ТТ Т Т

ло

/