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

Изо,бретейие относится к электроэнергетике и предиазпачено для дистанционной защиты линий электропередач от несимметрнчных коротких замыканий На землю. По основному авт. св. № 1030904 известно устройство для дистанционной защиты линии электропередач от несимметричных коротких замыканий на землю, содер- жашее формирователь компенсиррванп|лх фазных напряжений и напряжения, Пррпорционального току нулевой последовательноетиг, соединенный с формирователем импуль|сов, первые .три выхода которого соединены соответственно с одним из входов соответствующего элемента ИЛИ, другие входы которых соединены с соответствую..- . щими выходами ABC .избирателя особой фазы, четвертый выход преобразователя синусоидальных. напряжений в логические сигналы через формирователь коротких импульсов соединен с одним из входов элемента совпадения. Выходы трех элементов ИЛИ соответственно соединены с соответствующими тремя другими входами элемента совпадения, выход которого соединен с выходным органом. . Это уетройст {.о имеет значительно выще чувствительйостБ К однофазным коротким замыканиям через переходное сопро ивлеПие. На выходе устройства появляется .сигнал (устройство срабатывает), если одновременно присутствуют все четыре импульса на входах схемы совпадения (I. Однако известное устройство характерузуется недостаточной селективностьто при внешних коротких замыканиях йа землю в прямом направлении в условиях расхождёния по фазе эквивалентных .ЭДС питающих систем. Обусловлен недостаток тем, что при корртком яамыкании на землю одной из фаз (или при коротком замыкании На землю двух других фаз) на соответствующем выходе избирателя особой фазы появляется непрерывный сигнал, которьш поступает На вход соответствующего элемента ИЛИ и полнбстыо исключает влияние прямоугольного логического сигнала, поступающего йа другой вход упомянутого элемента ИЛИ. Так, Например, при коротком замыкании йа землю фазы А (или .фазы ВС) па выходе А избирателя особой фазы появляется йепрег рьтвный сигнал, который поступает иа вход элемента ИЛИ и условие срабатывания устройства становится независимым от йалйчвя прямоугольного сигйала, сформированного из компенсиррваяйого йапряжейия фазы С, опережающей особую фазу А. Цель изобретения - повышение селективности при внешних двухфазных коротких замыканиях йа землю. Поставлеййая цель достигается тем, что устройство для дистайциоййой защиты ot Несимметрйчных коротких замыканий на землю дополйительйо содержит блок формйровайия коротких импульсов, три блока сдвига импульсов и три элемейта И, прйчел вход каждого блока сдвига имнульсов соединен с соответствующим выходом преобразователя синусоидального нанряжения в;, логические сигналы, выходы каждого блока сдвига импульсов соединены с одним из входов соответствующег о элемента И, дру гие входы которых соединены с соответствующими выходами избирателя особой .фазы, а ,выходы элементов И соединены с соответствующими входами соответствующих 1элементов ИЛИ.. Введение трех блоков сдвига импульсов, сформированных из компенсированных фазйых напряжений и подключения выходов каждого из них к одному из входов соот-(вететвующего элемента И, к другим входам которьтх подключены соответствующие Bbiходы избирателя особой фазы, позволяет вместо непрерьшного сигнала с выходов избирателя особой фазы подавать на соответствуюш.ие входы элементов ИЛИ импульс йый сигнал, причем этот сигнал сдвинут по времени относительно соответствующих логических сигналов на выходе преобразователя синусоидальных напряжений в логические сигналы. При этом вместо непрерывного сигнала на соответствующем входе схемы совпадения и полного исключения компенсированного напряжения фазы, опере жающей особую, яа упомянутый вход схемы совпадения через элемент ИЛИ постуПаЮт и логический сигнал, сформированный из компеисиррвайного напряжения фазы. опережающей особую, и сдвинутый по времеяи сигнал. В результате, вместо исключеййя компенсированного Напряжения фазы, опережающей особую, происходит расщирение импульса, сформированного из этого напряжения. При этом Вместо полного исключения соответствующей граничной линии области срабатывания устройства в комплексной нлоскости происходитее поворот, что приводит к ограничению области срабатьшания и, какследствие, к повышению селективности. На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2-5 - диаграммы напря,жейий; На фиг. 6-11 - характеристики срабатывания в комплексных плоскостях, Устройство содержит формирователь 1 компенсированных фазйых напряжений Од, О, Оси напряжейня U, прр порционального току нулевой последовательности, выходы которого соеДг1Нены с соответствующими входами преобразователя 2 сийусоидальйых йапряжений в 11р;ямоугольйые логические сйгйалы, каждый йз первътх трех выходов которрго соответствеййо соедйНей с входом .соответствующего блока 3 сдвига импульсов, выход каждого из которых соединен с одним из входов соответствующего элемента И 4, ДРУ вхоДы которых соединейы с соотзетствующими выходами избирателя 5 особой фазы, а выходы каждого из элементов 4 И соедийейы с одйим из входрв соответст-. вующих элемейтов 6 ИЛИ, другие входы

которых соедийейы соответственно с упомян/гыми первыми выходами преобразователя 2, четвертый выход преобразователя 2 соединен с входом формирователя 7 коротких импульсов; выход преобразователя 7 и выходы элементов 6 ИЛИ соединены с входами элемента 7 совпадения, выход которого соединен с входом преобразователя У импульсного сигнала в непрерывный.

Устройство дистанционной защити линий электропередач от несимметричных коротких замыканий на землю работает следующим Ьбразом.

На входы формирователя . 1) по.с-. тупают напряжения Од, Ue- tic и токи Ц, ift,. ic соответствующих фаз А, В, С и ток нулевой последовательности Ь, из KOTOpbiX формирователем I формируются следующие крмпенсир рванные фазные напряжения UA, Cj, Ос и напряжение, пропорциональное току Нулевой последовательности

. u; uA-Zy(U + KIo); (1) .(Ы-К1р) (2) Uc Uc-Zy(It+Kio |; (3) и -п1б,W

где Zy-сопротивление уставки, определяемое по прямой последовательности; К-коэффициент компенсации; |( - коэффициент пропорциональности..

Преобразователи 2 преобразуют положительные полуволны (при однополупериодНом выПолргнии) подврдим,ых синусоидальных Напряжений U, UA, Ов, Ос в прямоугольные логические импульсы.

На фиг. 2-5 изображены диаграммы напряжений, .где по оси ординат отложено НапряжениеО, а по оси абсцисс t - время. Кривая .10 (фиг. 2а) соответствует Напряжению О На вмходе формирователя 1, пропорционального току нулевой последовв тельности 1. Из напряжения U преобразователем 2 (фиг. 1) формируются прямоугольные логические импульсы П (фиг. 26), Длительность которых соответствует длительности положительной полуволны йЗпря-; жений и. Кривая 12 (фиг. За) соответствуй т компенсированному напряжению фазы А на вь1ходе формирователя 1. Из напряжения UA преобразователем 2 формируются прямоугольные логические импульсы i 13 (фиг. 3 б), длительность которь1х соответствует -длительности положительной полуволны напряжения Од. Аналогично кривая 14 (фиг. 4а) и кривая 15 (фиг. 5а) соответствуют компенсированным напряжениям IJ4 и Ut на вь1ходе формирователя 1, из которых преобразователем 2 также формируются прямоугольные лоюческие импульсы 16 (фиг. 46) и 17 (фцг. 5 в), длительность коорых также соответствует.: длитеиьйости положительной полуволны еоответствующего компенсированного напряжейия.

Блоки 3 сдвига импульсов сдвигают тчЛульсы на Их выходах относительно импульов на их входах. При этом импульсы 18

(фиг. Зв), 19 (фиг. 4в) и 20 (фиг. 5в) на, выходах соответствующих блоков 3 сдвига импульсов, оказываются сдвинутыми на ве-. личину относительно- соответствующих импульсов 13 (фиг. 36), 16 (фиг. 46) « (фиг. 56), сформированных соответф венйр из компенсированных напряжений UA, Uii

Uc.

Формирователь 7 корртких импульсов из прямоугольного логического импульса П

0 (фиг. 26) формирует короткий импульс 21 (фиг. 2в) в момент перехода папряжейия U от отрицательных значений к положительным.

В нормальном режиме работы защищаемой линии электропередачи на выходах А,

5 в, С избирателя 5 особой фазы сигналы отсутствуют. При этом на одном из входой; каждого из э.леме.нтов 4 И сигнал также отсутствует, а следовательно, нет сигналов я. на выхбдах всех трех элементов 4 И. В pe-j/ Q зультйте на входы соответствующих элемей-; тов 6 ИЛИ поступают соответственйо только ил пу;:ьсы 13 (фиг. 36), 16 (фиг. 46) и 17 (фиг, 56), длительность которых равйа длительности положительной полуволны соответствующих , компенсированных йапряже5 НИИ Од, OB, Ос- При этом к входам схемы -8 совпадения подаются импульсы для сра батывания устройства необходимо и доста-С /точно,, чтобы в момейт появления KoppTKOrCf импульса 21 одйовремеййо присутствовали импульсы 3, 16 17. Это имеет место в том

0 случае, если ток нулевой последовательйости I опережает все три компейсироваййых фазных напряжения Од, Ов, Ос йа угол, меньший 180°, т.е. одновременно выполняются условия . O rarg Aji O ; (5)

5 .О «garg «rtjiSl80°; (6)

.0 arglc 180°, (7)

гдearg - аргумент комплексного чйсла.

В нормальном режиме ток нулевой последовательности отсутствует, а пучок

0 векторов компенсированных напряжений

нельзя охватить углом 180°. При этом уело-; ВИЯ (5), (6), (7) не выполняются, на выходе элемента 8 совпа(аения сигнал отсутствует и устройство не работает.

Рассмотрим работу устройства при одно5 фазном коротком замыкании, например.при Замык.ании на землю фазы А. В первый момент после короткого замыкания импульсы 13, 16, 17, 21 могут появиться раньше,-чем Появятся сигналы на выходах избирателя 5 особой фазы вследствие того, что

формирования Непрерывных сигналов на выходах избирателя 5 особой фазы может быть больше времени, через которое появляются импульсы 13, 16, 17, 21. При этом для срабатывания устройства также необходимо

j одновременное выполнение условий (5), (6) и (7). В комплексной плоскости сопро.-ивлейия петли короткого замыкания гра..ичной линией каждого из условий при отсутствии нагрузки является прямая линия. .

На фиг. 6 такие прямые построены для ;сЛучая равенства углов всех полных сопротивлений элементов защищаемой сети. Условию (5), соответствует прямая АО, условию (6) - прямая ВО и условию (7) - прямая СО. Прямые проходят через точки Рд РВ, PC комплексной плоскости, в которых: обращаются в нуль со6твётстее Нйо компейсированяые напряжения йл, Ое, Uc- Область {по формулам I-3) срабатывания устройства в этом случае ограничена правильным треугольником со сторонами АО, ВО, СО.

Через время, равное времени срабатыва;; НИИ избирателя 5 особой фазы, па выходе А избирателя появляется Непрерь1виый сигйал. Этот сигнал поступает Па вход элемента 4 Н, на другой вход которого поступает импульс 20 (фиг. 5 в) с выхода блока 3 сдвига импульса 17, сформированного из компенсированного )апрял ения фазы С. При этом на оба входа соответствующего элемента 6 ИЛИ поступают Импульсы, причем Ila одни из входов.поступает импульс 17 (фиг. 56), а на другой вход - импульс 20 (фиг. 5в). В результате на выходе элемента 6 ИЛИ длительность импульса 22 (фиг. 5г) равна 180° +js, причем передний импульса 22 сдвинут относительно моментов перехода через пулц компейсиррBaifHoro фазного папряжепия Uc от отрицаTevTbiibix зйачейия к положительным На величину/ . При этом к входам элемента 8 совпадения подаются импульсы 13, 16, 21 rt 22 ir для срабатьшайия устройства необходимо и достаточно, чтобы в момейт корот|Кого импульса 2) одновременно присутст-1 вовали импульсы .13, б и 21. Это имеет места в том случае, если одновременно выполняются условия (5), (6) и условие

(8)

По сравнению с условием (7) в левой части условия (8) присутстпует jS вместо 0. При этом граничная линия условия (8) представляет : собой два луча СО и СО, исходящие из точки PC (фиг. 7). Луч СО соответствует случаю arg 180°, а луч СО - случаю arg lo/Uo tlo сравнению с прямой (фиг. 6) луч СО (фиг. 7) повернут по .часовой стрелке относительно точки PC на угол. Выбирая ;8 60°, можно обеспечить любую чувствительность к переходны.и сопротивлениям. Однако в известдом устройстве высокая чувствительность достигается путем полного исключения граничной линии СО, а в предлагаемом - путем поворота граничной линии СО, что приводит к повышению селективности при внешних двухфазных коротких замыканиях на землю в условиях расхождения по фазе на угол 0 ЭДС эквивалентных питающих систем.

На фиг. 8 приведена характеристика известного устройства в комплексной плоскости отйощения ЭДС питающих систем и продольном случае, когда место внешнего короткого замыкания неограяиченно приближается к концу защищаемой зоны. В первый момент после короткого замыкания пока не сработал избиратель 4 особой фазы область срабатывания известного и пред: лагаемого устрр йства ограничена прямыми

g ВО и СО. При этом излишнего срабатывания не происходит,если

Л-240° «e 60°+fд, (9) где/д-угол полного сопротивления защищаемой линии. После срабатывания избирателя особой

S фазы в известном устройстве исключается, компенсированное напряжение фазы С, а следовательно, из характеристики исключа-ется граничная линия СО. При этом область срабатывания ограничена только прямой ВС Излишнего срабатывания не происходит в том случае, если

-Гл - 120° « е 60N- д (10) Из условия (Ш) следует,что потеря селективности может наступить при 6 -120°. Так какугол рд полного сопрртивле йия защищаемой линии обычно лежит в интервале 60--90°, а угол в в режиме йагрузки изменяется обычно в интервале от -90° до -f90°, то известное устройство может излишне сработать даже при отсутствии

Q качаний., . .

В предлагаемом устройствевместо ис с/1ючейия граничной лийии СО при коротких Замыканиях на землю фазы Л .или фаз ВС происходитповорот ее йа угол . Харак геристика предлагаемого устройства в комп5 лексйой плоскости отношения ЭДС при вйеш нем коротком замыкайии на землю фаз БС приведена на фиг. 9. Область срабатывайия , Предлагаемого устройства ограничена двумя прямыми ВО и СО. Угол между пря;-; мыми Со и СО равен. При этом излиш0 него срабатывания устройства не происходит, если

Л-240° +j& e«60°-{--frt. (11) Выбирая fx таким образом, чтобы выпол нялость условие

240°-А-д §:ен, (12) где 0ч-максимально возможное р;асхождение по фазе эквивалейтйых ЭДС б режиме йагрузки. можно исключить неселектизйое срабатывание устройства при наложении ре- .

жимов нагрузки и внешнего короткого за0 мыкайия.

Работа устройства симметрична к виду короткого замыкания. Т.е. айалогичйым образом устройство будет работать при коротких замыканиях йа землю фазы В и фаз СА, фазы С и фаз АВ.

5 Например, при коротком замыкайии йа землю фазы В или фаз СА непрерывный сигнал появится на выходе В избирателя 5 (фиг. I) особой фазы. При этом на соответствугощий вход элемента 8 совпадения Эместо импульса 13, длительность которого соответствует длительности положительной полуволны компенсированного фазного напряжения ОА, . поступает импульс 23 (фиг. Зг) н будет происходить поворот граничной. линии АО На угол f относительно точки Рд (фиг. 10). Аналогично при коротком замыкании на землю фазы С нли фаз АВ непрерывный сигнал появляется на выходе С избирателя 5 особой фазы (фиг. 1). При этом на соответствующий вход элемента 8 совпадения вместо импульса 16, длительность которого соответствует длительности положительной полуволны компенсированного фазного напряжения Оь, посту „ „..„. ..„..,-,.„,....„. „ ..„.. SS пГорГ гранГной ;1,нии. ffiVa l относительно точки Р, (фиг. П). При двухполупррийдном выполнении устройства число б.кжов L, 3, 4, 6, 7 и 8 удвоится. Таким образом, данное устройство позволяет обеспечить высокую селективностё при внешних коротких замыканиях на землю в условиях расхождения по фазе эквивалентных ЭДС при сохранении высокой чувствительности к переходным сопротивлениям при однофазных коротких замыканиях в защищаемой зоне. Такое сочетание свойств позволит сократить как число излишних срабатываний при внещннх коротких замыканиях, так и число отказов дистанционной защиты при коротких замыканиях в защи цаемой зоне, что позволит повысить надежность электро и и и .l.r.llT. ческийэффект.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОЙ ЗАЩИТЫ от йесимметричвых коротких замыканий на землю по авт.: св. № 1030904, отличающееся тем, что, С; целью повышения селективности, оно допол -./ нительно содержит блок формирования ко ротких импульсов, три блока сдвага импульсов и три элемента. И, причем вход каждогб, блока сдвига импульса соединен с соответствующим выходом преобразователя синусоидального напряжения в логические сигналы, выходы каждого блока сдвига импульсов соединены с одним из. входов соответствующего элемента И, другие входы которых соединены с соответствующими выходами избирателя особой фазы, а выходы элементов И соединены с соответствующими входами соответствующих э.лементов ИЛИ, при этом блок формирования коротких импульсов включен между одним выходом преобразователя напряжения и входом элемента совпадения. (П СП 05 00 4 О5

фиг. 2

фиг 4

0г/г.

и

15

/Л..

Г

V/

17

i

S.

t

22

L01

180°+J3

фиг-5

PA АО

Фигб

Фиг 7

ВО

60 f

С .СО

7

I /