Дистанционный измерительный орган Советский патент 1983 года по МПК H02H3/40 

(54) ДИСТАНЦИОННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ОРГАН

1 Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах релейной защиты и автоматики энергосистем. Известно, реле сопротивления, выпол- ненное на основе сравнения электричес- ких величин по фазе, содержащее блок формирования, к входам которого подвед ны напряжение и ток зашищанмогр объек та, а выходы подключены соответственно к входам фазосравнивающего блока, выход которого подключен к вхиду реаги рующего органа Г1 3 . Указанное реле имеет простую схему однако его характеристика срабатывания неизменна, следовательно, при его испсш зовании для защиты линий с ответвления ми или для папьнего резервирования: удаленная граница зоны действия в общем случае зависит от соотн йиения токов на зажимах зашиты и в точке кс роткого замыкания, так как сопротивление Б этом случае не равно сопротивлению линии от места установки зашиты ДО точки короткого замыкания из-за шунтирующего влияния промежуточного присоединения. Известен также измерительный оргвн, дистанционной защиты, основанный на сравнении времени совпадения с регулируемым заданным, содержащий блок фо| мирования входных величин, подключённый через формирователь импульсного сигнала и преобразователь длительности этого сигнала в напряжение к одному входу нуяь-индикатора, к другому входу которого подключен блок опорного сиг нала через блок памяти, к которому подсоединен преобразователь электрических величин в напряжение. В измерительном органе из напряжения и тока защищаемого обг.екта формируются две синусо дальнью электрические величины, которые подаются на вход формирователя импульсов. Длительность импульсов на выходе формирователя соответствует времени совпадения мгновенных значений сформированных величин по знаку. Полученный .310 импульсный сигнал преобразуется в напряжение, значение которого пропорционально длительности импульса. Напряжение подается на вход нуль-индикатора, на другой вход которого подается регулируемое напряжение, соответствующее регулируемому заданному времени. Регулировка осуществляется электрическими величинами, характеризующими доаварийный режим, в частности вектором тока линии электропередачи 2 . Данный измерительный орган обеспечивает высокую чувствительность дистанционной защиты при коротких замыканиях через переходное сопротивление, однако он недостаточно селективен при коротких замыканиях зй спиной и при передаче активной мощности от линии к шинам, когда конец вектора сопротивления на зажимах дистанционной защиты находится во втором и третьем квадрантах комплексной плоскости. Кроме того, точность работы такого измерительного органа низка при длительных режимах короткого замыкания из-ва низкой стабильности характеристики срабатывания, что обусловлено изменением выходного сигнала блока памяти под воздействием изменения вектора входного тока в режиме к.з. Последнее обстоятельство особенно важ- но для дистанционной защиты дальнего резервирования поскольку уставка по времени такой защиты достигает нескольких секунд. Повыщение постоянной времени блока памяти с целью увеличения стабильности характеристики срабатывания замедляет самонастройку измерительного органа при изменении доаварийного режима, что, е свою очередь, пои ш1ает вероятность неселективного срабатывания. Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности и аосгигаемому эффекту измерительный орган аистанционной защиты, содержащий блок формирования входных величин, один выход которог подключен к одному входу формирователя импульсного сигнала, выход, которого через преобразователь длительности импульсного сигнала в напряжение подключе к oflHcsMy входу нуль-Индикатора, к друго му входу которого подключен блок опорного напряжения через блок памяти, вход которого подключен к преобразователю электрических величин в напряжение, причем второй выхоц блока памяти соеди нен с управляющим входом блока сдвига по фазе, вход которого подключен ко второму выходу блока формирования вход 2S ых величин, а выход - ко второму входу ормирователя импульсного сигнала. Из апряжения и тока защищаемого объекта ормируются две синусоидальные электриеские величины е и 62. е попричемчерез блок ается на один двига по фазе на другой вход формиро-, ателя импульсов. Длительность импульсов а выходе формирователя соответствует ремени совпадения мгновенных значеий величин е и сдвинутой по фазе е 2 по наку. Полученный импульсный сигнал реобразуется в напряжение, значение оторого пропорционально длительности импульса. Напряжение подается на вход нуль-индикатора, на другой вход которого подается регулируемое напряжение, со - ответствуКШее регулируемому заданному времени. Регулирование указанного напряжения, а также управляющего напряжения блока рдвига.по фазе входной величины 62 осуществляется электрическими величинами защищаемого объекта, характеризующими доаварийный режим, в частности вектором тока линии электропередачи. При направпении тока от щин в линию регулируется напряжение на втором входе нуль-индикатора, а при направлении тока от линии к шинам регулируется управляющее напрякение блока сдвига по фазе.3J, Известный измерительный орган позволяет подвысить чувствительность и селективность дистанционной защиты при коротких замыканиях через переходное сопро-, тивление, однако его точность работы также низка.при длительных режимах короткого замыкания из-за изменения векторов входных напряжения и тока при возникновении режима к.з. Нестабильность характеристики срабатывания повышает вероятность неселективной работы измерительного органа. Цель изобретения - повыщение стабильности характеристики срабатывания устройства в режиме короткого замыкания. Поставленная цель достигается тем, что в дистанционном измерительном орм гане содерзжащем блок формирования сравниваемых величин, подключенный одним выходом непосредственно к одному входу блока сравнения по фазе, а другим выходом - через фазосдвигающий элемент к другому входу упомянутого блока сравнения, последовательно включенные преобразователь электрических величин доаварийного режима в напряжение и блок памяти, подключенный выходом к упра&ляющему входу фазосдвигающего эпемента выхоп блока сравнения по фазе подключе к управляющему входу блока памяти. На фиг. 1 изображена функциональная схема измерительного органа на фиг, 2- обобщенная схема сети с поцкяючёнием нагрузки межцу местом установки защиты и местом короткого замыкания на фиг. 3 - характеристика срабатьвания измерительного органа и геометрическое место точек на комплексной плоскости, характеризующих сопротивления на зажимах измерительного органа. Дистанционный измерительный орган содержит блок 1 формирования сравнивае мых величин Е и Е2 подключенный оцним выходом через фазосцвигаюший элемент 2 к одному входу блока 3 сравнения по фазе, а другим выходом - непосредственно к другому входу блока 3сравнения, последовательно включенны преобразователь 4 электрических величин доаварийного режима в напряжение и блок 5 памяти, подключенный выходом к управляющему входу фазосавигаюшего элемента 2, Блок 5 памяти может быть выполнен, например,-в виде последовательно включенных ключа 6 и запоминающег элемента 7. Устройство работает следующим образом. К вхоцам блока 1 и преобразователя 4подводятся ток и напряжение защищаемого объекта. На выходе преобразователя 4, который через ключ 6 соединен с входом запоминающего эпемента 7, фо мируется напряжение О.,;, определяемое фазовыми соотнесениями и величинами тока и напряжения защищаемого объекта. В частности, при использований измертятельного органа для дальнего резервирования напряжение Uu должно быть nponof циональным величине «rqjZ И ОГ В доаварийном режиме ток J определяется в основном сотфогивленйем . так как |, следовательно. И в этом случае преобразователь 4 может быть выполнен как преобразовател разности фаз межцу О и J. При открытом ключе 6 блок 5 памяти находится в режиме запоминания я повторения. При том напряжение 0,поступает на запоми нающий элемент 7, где запоминается. и далее с выхода запоминающего элемента поступает на вход фазосдвигаюи1его элемента 2. На выходах блока 1 формируются сравниваемые величины E-jH 2 алгоритм формирования которых зависит от области применения измерительного органа и характеристик остальных блоков. В частности, для дальнего резервироваН1 я Е2могут определяться MlO-., ,3, Ej.O-JZ., ,(4) где 2-у - сопротивление уставки измери тельного органа. На выходе блока 2, соединенном со вторым входом блока 3 формируется величина,)е (5) С помощью блока 3 величины 2 сравниваются по фазе. На выходе блока 3, являющемся выходом измерительно го органа и соединенном с управляющим входом блока 5 памяти, формируется сигнал срабатывания, если Ё . опережает по фазе Ё2, или сигнал несрабатывания, если Ё опережает по фазе Е, следовательно, область срабатывания блока 3 определяетч::я неравенством . (6) При этом область срабатывания измери- тельного органа с плоскости Zp ограни- чена окружностью (фиг. 3), проходящей через точки Z и Z-j , касательная к которой в точке Zi составляет с осью R угол Ч согласно (2), а условие срабать вания измерительного органа в целом определяется неравенством, полученным из (2), (3), (5) и (6). В доаварийном режиме при наличии тока нагрузки защищаемого объекта на выходе преобразователя 4 формируется напряжение Оу, пропорциональное величине.с учетом того, что щунтирующее действие нагрузки 2| оказывает существенное влияние при больщой длине линии Л1 и малом сопротивлении нагрузки Z, следовательно, при одностороннем питании можно принять |Z,|«{Z(.o| и нагрузкой )енебречь. При этом на nejiBOM выходе блока 1 формируется E-j по (З), а на выходе бпока 2 - величина ЁЗ ). и, следовательно, условие срабатывания измерительного органа Характеристика срабатывания измерительного органа представлена кривой 8 на фиг. 3. Сопротивление на зажимах измерительного органа огГрецеляется точкой 7.рдо(, не принадлежащей области срабатывания,.EJ опережает по фазе Е , поэтому на выходе блока 3 формируется сигнал несрабатывания, обеспечивающий открытое состояние ключа 6. При этом блок 5 находится в режиме записи, т.е. сигнал на выходе блока 5 с некоторым запаздывание повторяет выходной сигнал преобразователя 4. При изменении аргумента 7ц в процессе эксплуатации, т.е. при изменении доаварийного режима напряжение на выходе преобразователя 4 изменяется цо величины, соответствую щей новому значению аргумента Zj, например %. Через некоторое время характеризуемое постоянной времени бло ка 5, на его вьтходе также изменяется напряжение до величины, соответствующей Ч. . При этом фаза Е изменяетс а условие срабатывания измерительного органа определяется вь1ражением . Характеристика срабатывания представлена кривой 9 на фиг. 3. Точка 1рд характеризующая новый установившийся режим нагрузки, находится вне области срабатывания, следовательно, измеритель ный орган не срабатывает. Измерительный орган в процессе перестройки характерис ткк срабатывания не срабатывает, посколь ку диапазон изменения аргумента Z, как правило, ограничен. При металлическом коротком замыка нии на границе требуемой зоны действия в точке К-1 (фиг. 2) напряжение U и ток 3 на выходе измерительного органа изменяются по величине и по фаае Выходной сигнал преобразователя 4 также изменяется, однако сигнал на входе бло ка 2 в первый момент возникновения ре жима к,з. остается неизменным иэ-за запаздыва :Л на выхоае блока , Слецовагельно, величина по прежнему мещена по фазе относительно Е на гол условие срабатывания измериельного органа по прежнему определяется ыражением (7), а характеристика сраба- ыва1гая идент-ична окружности 8 на фиг. 3, ри этом к зажимам измерительного ргана подводится сопротивление Z . ) , )p-2Zp -j Выражение (8) является дробно-лиейным конформным преобразованием омплексных плоскостей Zp и W. Z, )(. Аргумент W можно для рассмагриваемо- го случая считать постоянным, так как cJiTc () 4 COnsi; (где Ч - угол сопротивления линии), а аргумент Z, но считать постоянным, поскольку при удаленных коротких замыканиях на линии Л1 напряжение на шинах нагрузки Zii naдает незначительно и изменением аргумен- та Zj при этом можно пренебречь. Сог ласно свойствам дробно-линейного кон формного преобразования геометрическим местом точек Zp, опрецеляемых выражением (8), при изменении модуля нуля цо бесконечности является дуга окружности, опирающаяся на точки Z-j и Zv. , касательная к которой в точке Z составляет с осью R угол 4u ctrcr Z, т.е. совпадающая с характеристикой сра- батывания (кривая 8 на фиг. З). При этом Ё т совпадает по фазе с Ё и согласно условию срабатывания (7) на выходе блока 3 формируется сигнал срабатывания который, поступая на управ-чяюший вход ключа 6, обеспечивает его закрьтое состояние, переводя блок 5 в режим хранения и считьшания. Сигнал срабатывания на выходе блока 3 сохраняется в течение всего времени существования режима к,з,, так как выполняется условие ера- батывания, следовательно, в течение указанного времени блок 5 работает в режиме хранения и считывания и на выходе1 блока 2 сохраняется управляющее напрЯжение, пропорциональное , , что обеспечивает стабильность сформированной характеристики срабатывания в течение всего режима к.з. 910 При коротком замыкании внутри зоны действия в точке К-2 (фиг. 2) аналогич но можно показать, что при изменении модуля нуля до бесконечности геометрическим местом точек Zp , харак теризующих сопротивление на зажимах измерительного органа, является цуга, 10, ограниченная точками Z и 2.. касательная к кйторой в точке Z состав ляет с осью / угол Ч.. Действительно, подставив в выражение (8). вместо 2| , получают уравнение цуги 1О. Так как все точки цуги 10 принадлежат области срабатывания измерительного орм гана, ограниченной окружностью 8, то ЕЗ отстает по фазе от Е,а на выходе блока 3 формируется сигнал срабатывания. Далее работа измерительного органа аналогична работе в режиме к.з, в точке К-1. При коротком зал1ыкании вне требуемой зоны действия в точке К-3 аналогично можно П9казать, что геометрическим местом точек«2р является дуга 11, огра- Z -- , касательниченная точками Z и ная к которой в точке Z составляет с осью R угол -fnt Уравнение дуги 11 может быть получено подстановкой вместо Zц. в выражение (8). Поскольку все точки цуги 11 не принадлежат области обрабатывания, то Е опережает по фазе Е и на выходе блока 3 формируется сигнал несрабатывания. При этом ключ 6 открыт, блок 5 находится в режиме записи и повторения, напряжение на управ- ляющем входе блока 2 изменяется, харак теристика срабатывания занимает предель ное положение (кривая 12 на фиг. 3), однако измерительный орган не срабатывает, поскольку все точки дуги 11 не npH-J нацлежат области срабатывания, охватываемой кривой 12. При металлическом коротком замыканий на линии Л2 точка, характеризующая сопротивление на зажимах измерительного органа не принадлежит области срабатывания, следовательно, на выходе блока 3 формируется сигнал несрабатывания. Режим короткого замыкания за спиной может не рассматриваться, так йак защищаемая линия имеет одностороннее питание. Предлагаемый измерительный орган предназначен для вы5шления металлическо го короткого замыкания з зоне дальнего резервирования, т.е. на участке линии Л1, включенном в зону действия защитьи Как показано выше, измерительный орган обеспечивает срабатывание дистанционной 29 защиты при металлическом коротком замыкании внутри требуемой зоны действия и несрабатывание при коротком замьисании вне ее, т.е. обеспечивает стабильную зону действия при произвольном значении аргумента и модуля 7. путем формирования характеристики срабатывания, являющейся геометрическим местом точек, характеризующих сопротивление на зажимах измерительного органа при к.з. на границе зоны действия. Указанное свойст во уменьщает вероятность ложного срабатывания защиты, следовательно, поэволяет повысить чувствительность и селективность дистанционных защит линий с ответвлениями и дальнего резервирования с односторонним питанием. С цругой стороны, прецлагаемый иэv epитeльный орган может выполнять те :же функции, что и прототип и может быти использован и цля обеспечения селективной работы цистанциоиной защиты при коротком замыкании с перехоцным сопротивлением на линиях электроперецач с двухсторонним питанием. При направяении тока нагрузки к щинам его характеристика срабатывания аналогична при аналогичном выполнении блока формирования .входных величин и преобразователя электрических величин в напряжение с прототипом. При направлении тока от шин характеристика срабатывания расшире на во второй и третий квадранты, однако ложного срабатывания не происходит, поскольку в этом режиме точки, характеризующие сопротивление не зажимах измерительного органа, расположены в перовом квадранте и не принадлежат области срабатывания. Точки, характеризующие к.з. за спиной, лежат на продолжении прямой в третий квадрант и также не принадлежат области срабатывания. Формула изобрет е н и я Дистанционный измерительный орган, содержащий блок формирования сравниваемых величин, подключенный одним выходом непосредственно к одному входу блока сравнения по фазе, а другим выходом - через фааосдвигающий элемент к другому входу блока сравнения, последователь но включенные преобразователь электри- ческих велЕгчин цоаварийного режима в напряжение н блок памяти, поаключенный выходом к управляющему входу фазе- сдвигающего элемента, отличающийся тем, что, с целью гюв ашения 11100 стабильности характеристики срабатывания устройства в режиме короткого замыкания, выхоа блока сравнения по фазе поаключен к управляющему входу блока памяти.. . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Фиг /

Sff/Um)

Фиг. 2 322912 1. Нааежцин В. В.,Сапронов А. К., Сиротко В. К. Статические реле в релейной защите. Л., Наука, 1968, ;с. 91-97. 52. Авторское свидетельство СССР № 535652, кл. Н 3/4О, 1976. 3. Авторское jCBHfleTenbCTBO СССР № 788257, кл. Н02 Н 3/4О, 1980. фиг,3 Р9я