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

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для (зелейной защиты линий электропередач от несим метричных коротких замыканий на зем лю. Известны устройства дистанционной защиты, предназначенные для защиты от несимметричных коротких замыканий на землю, с эавнивающие фазы тока нулевой последовательности и трех фазн компенсированных напряжений 2 Наиболее близким к изобретению по технической сущности является уст ройство для дистанционной защиты от несимметричных коротких замыканий на землю, содержащее формирователь фазных компенсированных напряжений . и напряжения, пропорционального току нулевой последовательности, формирователи импульсов, избиратель особой фазы, логические элементы ИЛИ и элемент И, соединенный с выходным органом. При коротких замыканиях на землю избиратель особой фазы исключает из условий срабатывания компенсированное напряжение фазы, опережающей особую. При этом повышается чувствительность к переходным сопротивлениям при однофазных коротких замыканиях на зем,лю СЗ. Недостатком известного устройства является неудовлетворительная в ряде случаев селективность при внешних двухфазных коротких замыканиях на землю в условиях расхождения по фазе эквивалентных ЭДС питающих систе 4. Это обусловлено тем, что исключается компенсированное напряжение фазы, опережающей особую. Кроме того, возможны излишние срабатывания при внешних однофазных коротких замыканиях на землю через переходное сопро тивление на линиях с двухсторонним питанием при сравнительно небольших углах между ЭДС. Это связано с тем, что устройство не допускает применения выдержки времени на выходе эле мента И, а также с тем, что полность исключается компенсированное напряжение фазы, опережающей особую, и обусловлено превращением характерис тики устройства при отсутствии выдержки времени и полном исключении компенсированного напряжения фазы, опережающей особую, в характеристику реактансного направленного реле ,сопротивления. 52 Цель изобретения - повышение селективности при внешних коротких замыканиях на землю. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее формирователь компенсированных фазных напряжений и напряжения, пропорционального току нулевой последовательности , к выходам которого подключены формирователи импульсов, избиратель особой фазы, элементы ИЛИ, первые входы которых подключены к выходам соответствующих формирователей импульсов в цепях компенсированных фазных напряжений, а выходы подключены к входам элемента И, на выходе которого включен выходной орган, дополнительно введены три формирователя импульсов, вход каждого из которых подключен к входу соответствующего из упомянутых формирователей импульсов в цепях компенсированных фазных напряжений, четыре элемента И, к.первым из трех входам которых подключены выходы избирателя особой фазы, а к вторым входам - выходы вновь введенных формирователей импульсов, подключенные также к входам четвертого элемента И, к одному из входов которого присоединен и выход формирователя импульсов в цепи тока нулевой последовательности, причем выходы трех элементов И подключены к вторым входам элементов ИЛИ, а выход четвертого элемента И подключен через вновь введенные элемент выдержки времени и расширитель импульсов к входу элемента И. На фиг.1-3 даны блок-схема предлагаемого устройства и диаграммы напряжений; на фиг. (-ТО - характеристики известного и предложенного устройств в комплексной плоскости петли короткого замыкания. Устройство содержит формирователь Iкомпенсированных фазных напряжений Уд , 1 Q , Vc и напряжения - тОр, пропорционального току нулевой последовательности, формирователи 2- импульсов, избиратель 5 особой фазы, элементы И 6-8, элементы ИЛИ 9, элемент 10 выдержки времени, расширитель IIимпульсов и выходной орган 12. Формирователи 2 преобразуют положительные полупериоды компенсированных фазных напряжений в импульсы IBIS длительностью 180°-сГ(Фиг.2) , а формирователи 3 - в импульсы 16-18 длительностью 180° + сГ (сЬиг.2) Фврмирователь k преобразует напряжение - mJg .пропорциональное току нулевой последовательности, в импульсы 19 длительностью /3 , сдвинутые на уго сГ относительно начала положитель ного полупериода (фиг.З ) Избиратель 5 особой фазы определяет поврежденную фазу при однофазных коротких замыканиях на землю и неповрежденную фазу при двухфазных коротких замыканиях на землю. На выходе А избирателя 5 непрерывный сигнал появляется при коротком замыкании на землю фазы А или фаз на выходе В - при коротком замыкан на землю фазы В или фаз СА, на выхо де С - при коротком замыкании на Ъемлю фазы .С или фаз АВ. При отсутствии напряжений на вы ходах избирателя 5 сигналы 20-22 на входах элемента 8 присутствуют одновременно, если пучок векторов а, МОЖНО охватить углом 180°-с/- (условие 1). При чередовании V с фиг-М три вектора можно охватить углом 180° - (f (условие 1 выполняется ) только в т случае, если нет одновременного вы полнения неравенств: ч1 ( 1 (2) 4 1вО°-ь -7 leO -K/В правой части неравенств (2)(k) должна стоять разность между длительностью периода частоты сину соида)1ьных компенсированных напряжений, т.е. величиной ЗбО°, и длительностью сигнала, сформированног из компенсированного напряжения, с ящего в знаменателе под знаком аргумента. Аналогично при чередовании V. , VL, Vi три вектора можно охватить углом 180-сГ(условие 1 выполняет только в том случае, е.сли нет одно временного выполнения неравенств: V/ Oiarc -г5-41вО°. ( 3«) Oiart (4«) т.е. для получения области комплексной плоскости,соответствующей выпоянению условия (1 ), достаточно и необходимо отбросить области одновременного выполнения неравенств (2 ) () и области одновреме.нного выполнения неравенств (2а) - Cta). , Яри коротком замыкании на землю фазы А в защищаемой зоне выполнению условия (1) соответстбует область комплексной плоскости, ограниченная дугами АВ, ВС и СА (фиг.5), которые соответствуют выражениям .(2) - (). Вписанные углы дуг, опирающиеся на особые точки 1, Z,, равны , Z,ZgH , где /LY сопротивление уставки; Z о и Z - особые точки плоскости, в которых обращаются в нуль котенсированные напряжения фаз В и С. При нулевой уставке элемента 10 выдержки времени сигнал 23 появляется в том случае, если на входе элемента 7 одновременно присутствуют сигналы 16-18 длительностью 180°+ «Г и сигнал 19, т.е. если при нахождении векторов Vg. V внутри угла 180 +(условие 5) одновременно выполняются неравенства: )- i ( oi«vc5f(o /s/; j4f; c/-4/b i (ь5) 0. ) - п + . ( ьв) При коротком замыкании на землю фазы А одновременному выполнению условий (5) и (6) соответствует область комплексной плоскости, показанная на фиг.6. Вписанные углы дуг АВ.ВС и СА равны 60°- (Г. В случае сЛ О и р О условие (6) выполняется внутри треугольника, образованного прямыми А, В и С (фиг.6), которые соответствуют неравенствам (6а). (66) и (6в). В случае и (Ь О полупрямые А, В и С поворачиваются вокруг соответствующих особых точек на угол сГ+р в сторону расширения области (фиг.6). При наличии выдержки времени t в элементе 10 все прямолинейные граничные участки поворачиваются вокруг соответствующих особых точек на угол uHg, где U) - круговая частота а вписанные углы дуг АВ , 8С и СД увеличиваются на величинуcTg (фиг,6, пунктир).

Для срабатывания устройства, т.е. появления сигнала 2k на выходе элемента 8, необходимо одновременное присутствие сигналов 20-23 на входе элемента 8. При этом область срабатывания yctpOHCTBa (фиг,8) является общей частью областей, показанных на фиг.5 и 6. Чувствительность устройства к переходным сопротивлениям ограничивается дугой СА и может быть неудовлетворительной. Для повышения чувствительности служит избиратель 5 особой фазы. При коротком замыкани на землю фазы А на выходе А избирателя появляется непрерывный сигнал. При этом на входы элемента ИЛИ в цепи компенсированного напряжения фазы А поступает два сигнала: сигнал 13 длительностью сигнал 1б длительностью 180 + о . Длительность сигнала становится равной 180° + сУ, и неравенство С) принимает вид

V

,m°-(f,

л

При этом выполнению условия (1) соответствует область комплексной плоскости, ограниченная дугами АВ, ВС и СА (фиг.9). Характеристика

устройства в этом случае показанана фиг.10. Чувствительность устройства к переходным сопротивлениям определяется дугой СА. Регулируя положение дуги СА изменением угла

сЛ, можно обеспечить любую заданную чувствительность.

Характеристика устройства при наличии выдержки времени показана на фиг.10 пунктиром. Наличие выдержки

.времени и ограничение характеристики справа дугой СА приводят к снижению ,вероятности излишних срабатываний при внешних однофазных коротких замыканиях через переходное сопротивлёние.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с известным обладает высокой селективностью как при однофазных, так и при двухфазных коротких замыканиях на землю. Сочетание высокой селективности с высокой чувствительностью к переходным сопротивлениям позволяет предполагать широкое применение устройства для дистанционной защиты линий электропередач от несимметричных коротких замыканий на землю.

%M:I 6J

Фиг.1 2/ --

A/v

i. I ,5l

1V ,f K.

-HT Pr

1 i jv

K-J-fT

-tnL

bf

-mL

, if

Jp -H-

-fl

. .5

Фиг.

Фиг.3 ./У

/с