Способ контроля исчезновения замыкания на отключенной фазе линии электропередачи и устройство для его реализации Советский патент 1984 года по МПК H02H3/06 

2. Устройство контроля исчезновения замыкания на отключенной фазе линии электропередачи, содержащее блок контроля напряжения на отключенной фазе линии, элемент вьздержки времени, логические элементы И, ЗАПРЕТ, отличающееся тем, что в него дополнительно введены блок вьщеления основной гармоники напряжения, подключенный к выходу из (мерительного трансформатора напряжения, блок выделения основной гармоники симметричной составляющей фазных токов линии, подключенный к выходу измерительного .трансформатора тока блок контроля тока, фазоповоротный блок, блок контроля угла сдвига, причем выход блока вьщеления основной гармоники напряжения подключен к первому входу блока контроля

угла сдвига и к первому входу блока контроля напряжения, выход которого подключен к первому входу элемента ЗАПРЕТ и к первому входу элемента И, выход блока вьщеления основной гармоники составляющей фазных токов линии подключен к входу блока контроля тока и к входу фазоповоротного блока, выход которого подключен к второму входу блока контроля угла сдвига, выход блока контроля тока подключен к второму входу элемента ЗАПРЕТ, к второму входу элемента И и к второму вхрду блока контроля напряжения,выход блока контроля угла сдвига подключен к третьему входу элемента И, выход элемента И и выход элемента ЗАПРЕТ подключены к входу элемента вьщержки времени, а выход последнего является выходом устройства.

1. Способ контроля исчезновения замыкания на отключенной фазе линии электропередачи, при котором после двустороннего отключения поврежденной фазы линии измеряют и сравнивают с заданными уставками действующее значение симметричной составляющей фазных токов линии и значение напряжения на отключенной фазе линии, при значении составляющей токов ниже уставки и значении напряжения выше уставки фиксируют исчезновение замыкания, отличающийся тем, что, с целью повьппения селективности и чувствительности контроля, измеряют величину нулевой составляющей токов, если она выше заданной, определяют угол сдвига между напряжением отключенной фазы линии и нулевой составляющей токов и, если указанный угол лежит в пределах, определяемых вьфажением; , f arc tg () ,- межфазное индуктивное сопгде X ротивление линии на основной частоте. Ом/км; - активное сопротивление земли на основной частоте,: Ом/км, то фиксируют исчезновение замыкания.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к автоматике электроэнергетических систем, и може быть использовано для повышения эффективности однофазного автоматического повторного) включения (ОАПВ) линий электропередачи как оснащенных так и не оснащенных шунтирующими реакторами (ШР).

Известен способ контроля исчезновеНия замыкания на отключенной фазе линии электропередачи Л , основанный на измерении модулей напряжений по концам отключенной фазы линии и сравнении их с заданными уставками. Если оба напряжения превышают заданные уставки, то фиксируетсяисчезновение замыкания.

Недостатком способа является низкая селективность контроля в тех случаях, когда линия не оснащена ШР или оснащена неполным их числом. Кроме того, при реализации способа требуется организация высокочастотного канала связи между полукомплектами устройства, установленными по концам линии.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, основанный на измерении и сравнении с заданными уставками значения напряжения на отключенной фазе линии и действующего значения симметричной составляющей токов линии 2J .

Если значение составляющей токов ниже уставкиj а значение напряжения выше уставки, то фиксируют исчезно-. вение замыкания.

Данный способ основан на измерении параметров режима лишь на одном конце линии, и для его реализации не требуется канала связи, однако он не устд аняеТ низкую селективность контроля в тех случаях, когда линия не оснащена ШР или оснащена неполным их числом.

Известно, что действующее значение симметричной составляющей токов линии является однозначной функцией угла 8 электропередачи (угла расхождения между векторами эквивалентных ЭДС, примыкающих к линии систем). При углах электропередачи, больших некоторого граничного значения S (.« , напряжение на отключенной фазе при наличии на ней удаленного замыкания может быть сопоставимо с восстанавливающимся напряжением и даже превьшать его. Таким образом, в прототипе диапазон селективного контроля ограничен углом . Измерение действующе го значения симметричной составляющей токов линии позволяет при осуще влении контроля не выходить за пред лы этого диапазона. Но в указанных случаях, когда линия не оснащена ШР или оснащена неполным их числом, значение может составлять 30-40 Между тем в реальных электропередачах с учетом возможных качаний рото ров генераторов граница диапазона селективного контроля должна достигать 110-120°. Известно устройство, реализующее указанный способ контроля исчезнове ния замыкания l Один из двух одинаковых полукомп лектов этого устройства, связанных высокочастотным каналом связи, содержит блок контроля напряжения (пу ковой орган), подключенный к выходу измерительного трансформатора напря жения, высокочастотный приемопередатчик, элемент вьщержки времени, логические элементы И, ЗАПРЕТ. Пусковым органом осуществляется контроль за величиной напряжения на конце отключенной фазы линии путем сравнения напряжения с заданной уставкой. Если напряжение больше уста ки, то разрешающий сигнал по каналу связи передается на противоположньм конец линии. При наличии аналогичного сигнала с противоположного конца линии и по истечении заданного промежутка времени формируется сигнал об исчезновении замыкания, который используется как разрешающий при осуществлении ОАПВ. ; Однако когда линия не оснащена ШР или оснащена неполным числом ШР устройство работает селективно лишь в узком диапазоне изменения углов :электропередачи, недостаточным для организации контроля за исчезновением замыкания. Цель изобретения - псэвьшгение селективностиконтроля исчезновения замыкания на линиях, не оснащенных ШР или оснащенных неполным числом ШР, а также повьш1ение чувствительности контроля исчезновения замыкания. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу контроля исчезновения замыкания на отключенной фазе линии электропередачи, при котором после двустороннего отключения поврежденной фазы линии измеряют и сравнивают с заданными уставками действующее значение симметричной составляющей фазных токов линии и значение напряжения на отключенной фазе линии при значении составляющей токов ниже уставки и значении напряжения выще уставки фиксируют исчезновение замыкания. Измеряют величину нулевой составляющей токов, если она Bbmie заданной, определяют угол сдвига между напряжением отключенной фазы линии и нулевой составляющей токов линии и, если указанный угол лежит в пределах, определяемых выражением:Ср arc tg () где межфазное индуктивное сопро.тивление линии на основной частоте; Ом/км; Гл - активное сопротивление земли на основной частоте, Ом/км, то фиксируют исчезновение замыкания. Сущность изобретения заключается в осуществлении контроля исчезновения замыкания при значениях симметричной составляющей токов линии выше уставки - в диапазоне углов электропередачи, когда известный способ (прототип) не обеспечивает селективности. Способ контроля основан на определении нового параметра - угла сдвига между напряжением отключенной фазы линии и нулевой составляющей токов линии. Указанный угол сдвига существенно зависит от состояния отключенной фазы линии, что позволяет с достаточной селективностью конт ролировать исчезновение замыкания путем измерения режимных параметров лишь на одном конце линии. Напряжение, наводимое на отключен ной фазе линии при отсутствии на Ней замыкания (восстанавливающееся напряжение), представляет собой сумму двух составляющих - электростатической и электромагнитной, которые сдвинуты друг относительно друга на угол, близкий к 90. Напряжение, наводимое на отключенной фазе при наличии на ней замы кания (напряжение замыкания) почти и полном диапазоне изменения углов эл11 тропередачи за исключением области малых углов, определяется в основном электромагнитной составляющей. Эта составляющая обусловлена влиянием токов неповрежденных фаз. Фазовый сдвиг между суммой токов неповрежден ных фаз и. электромагнитной составляю щей напряжения не зависит от режима, а определяется лишь схемными Парамет рами линии, т.е. может быть определен заранее. Таким образом, измеряя величину фазового сдвига между суммой токов неповрежденных фаз (или любой другой их линейной комбинацией) и напряжением, наводимым на отключенной фазе линии, можно определить, является ли это напряжение. чисто электромагнитно наводкой, т.е. сохранилось ли на отключенной фазе замыкание. После ис чезновения замыкания величина фазово го сдвига существенно изменится. В рассматриваемых режимах ток поврежденной фазы меньше токов неповрежденных фаз и поэтому любая из симметричных или модальных составляю щих фазных токов линии является линейной комбинацией токов неповрежден ных фаз и может использоваться для выполнения способу. Наиболее целесообразно использование нулевой составляющей, поскольку для ее получения не требуется каких-либо специаль ных фильтров, она формируется путем простого суммирования фазных токов линии. Вектор электромагнитной составляю щей наводимого напряжения может быт получен умножением векторной суммы токов неповрежденных фаз на комплексный коэффициент x..) Векторная сумма токов неповрежденных фаз, если пренебречь током поврежденной фазы, совпадает по нап равлению с нулевой составляющей фаз ных токов линии. Таким образом, рас четньй угол сдвига между электромагнитной составляющей наводимого напряжения (или напряжением замыкания) и нулевой составляющей токов линии имеет величину Cf агс t( Необходимо отметить, что сущестf vm a ptr- вуют режимы, в которых определение указанного угла сдвига практически невозможно: холостой ход линии и замыкание вблизи места измерения. В этих режимах или величина тока линии или величина напряжения на отклк ченной Фазе линии близка к нулю, и, следовательно, нет возможности определить фазовый сдвиг между ними. В режиме холостого хода линии, т.е. в области малых углов электропередачи, контроль исчезновения ,как близки, так и удаленных замыка ний надежно обеспечивается измерением и сравнением с уставкой модуля напряжения на отключенной фазе линии. Если напряжение меньше уставки, в частности равно нулю, то это свидетельствует о наличии замыкания. Если напряжение больше уставки, то фиксируется исчезновение замыкания. В области углов электропередачи О о.рр , т.е. когда величина составляющей токов выше уставки, контроль в предлагаемом решении осуществляется по углу сдвига между напряжением отключенной фазы и нулевой составляющей токов. При близком замыкании определение углов сдвига затруднено, однако это не может ухудшить селективность, поскольку необходимо установить факт исчезновения, а не наличия замыкания. В данном случае не имеет значения, по какой причине не фиксируется исчезновение замыкания - из-за того, что величина угла сдвига свидетельствует о наличии замыкания, или из-за недостаточного уровня сигнала на входе устройства, реализующего способ. Уставка по напряжению выбирается из условия отстройки от наименьшего восстанавливающегося напряжения. Угол8гр, ограничивающий диапазон контроля по модулю напряжения, выбирается с учетом известных условий обеспечения требуемых значений коэффициента чувствительности и коэффициента возврата реле напряжения в диапазоне углов электропередачи И уст KH Здесь - наименьшее возможное значение восстанавливающего напряжения в диапазоне 6 :8fp ; наибольшее возможное значение напряжения замыкания в диапазоне Б и чсГ - уставка по напряжению; Кц коэф4 ициент надежности (); К нужный коэффициент чувствительности (обычно 1,2); KB - нужный коэфф циент возврата (KgCl). По известному углу 5г{ находится значение уставки составляющей токов При реализации способа нужно учи тывать, что для достижения наибольшей чувствительности контроля желательно в режиме наличия замыкания иметь величину угла сдивга, близкую к нулю. Тогда исчезновение замыкани обнаруживается по факту превьпиения определяемым углом сдвига заданной уставки, причем уставка может быть выбрана максимальной. Это обеспечивает наибольший коэффициент чувстви тельности (отношение определяемого параметра к уставке срабатывания) во всем диапазоне изменения угла электропередачи.. Такие условия можно обеспечить, если при осуществлении контроля составляющую токов сме щать на заданный угол, определяемый видом составляющей. Так, если нулевую составляющую токов сместить в сторону опережения на угол Э -arc tg (хтл/Га), ТО будет получен сигнал, совпадающий по фазе с электромагнитной составляющей напряжения наводимого на отключенной фазе линии При наличии замыкания, когда наводимое напряжение определяется в основном своей электромагнитной составляющей, величина определяемого угла сдвига будет близка к нулю, что и требуется для достижения наибольшей чувствительности контроля. Таким образом, способ позволяет обеспечить селективный контроль исчезновения замыкания на линиях, не оснащенных ШР или оснащенньк неполным их числом. При полном числе реак торов применение способа может оказаться предпочтительным с учетом более высокой чувствительности контроля Способ выгодно отличается от неко торых аналогов тем, что для его вы-: полнения требуется измерение режимных параметров лишь на одном конце линии. Для достижения поставленной цели в устройство, содержащее блок контро ля напряжения на отключенной фазе линии, элемент вьщержки времени, логические элементы И, ЗАПРЕТ, дополнительно введены блок вьщеления основной гармоники напряжения, подключенный к выходу измерительного трансформатора напряжения, блок вьщеления основной гармоники ;.имметричной составляющей фазных токов линии, подключенный к выходу измерительного трансформатора тЙка, блок контроля тока, фазоповоротный блок, блок контроля угла сдвига, п1)ичем выход блока вьщеления основной гармоники напряжения подключен к первому входу блока контроля угла, сдвига и к первому ВХОДУ блока контроля напряжения, выход которого подключен к первому входу элемента ЗАПРЕТ и к первому входу элемента И, выход блока вьщеления основной гармоники составляющей фазных токов линии подключен к входу блока контроля тока и к входу фазоповоротного блока, выход которого подключен к второму входу блока контроля угла сдвига, выход блока контроля тока подключен к второму входу элемента ЗАПРЕТ, к второму входу элемента И и к второму входу блока контроля напряжения, выход блока контроля угла сдвига подключен к третьму входу элемента И, выход элемента И и выход элемента ЗАПРЕТ подключены к входу элемента вьщержки времени, а выход последнего является выходом устройства. На чертеже приведена блок-схема устройства контроля исчезновения замыкания на отключенной фазе линии электропередачи. Входами устройства являются вход фильтра 1 напряжения, который через цепи избирателя поврежденной фазы (не показаны) соединен с вторичными обмотками установленного на линии измерительного трансформатора ТН, и вход токового фильтра 2, соединенный с вторичными обмотками измерительного трансформатора тока ТТ. Выход фильтра 1 напряжения соединен с первьм входом блока 3 контроля напряжения и с первым входом блока 4 контроля угла сдвига. Выход токового фильтра 2 соединен с входом блока 5 контроля тока и с входом фазоповоротного блока 6, выход которого подключен к второму входу блока 4 контроля угла сдвига. Выход блока 3 контроля напряжения подключей к первому входу элемента 7 ЗАПРЕТ и к первому входу элемента 8 И Выход блока 5 контроля тока подключен к второму входу блока 3 контроля напряжения, к второму входу элемента 7 ЗАПРЕТ и к второму входу элементов 8 И. Выход блока 4 контроля угла сдвига подключен к третьему входу элемента 8 И. Выход элемента 7 ЗАПРЕТ и выход элемента 8 И подклю чены к входу элемента 9 выдержки вре мени, выход которого является выходом устройства. Отдельные блоки устройства имеют следующее функциональное назначение Фильтр 1 напряжения осуществляет вьщеление иэ полного сигнала его основной гармоники. Это необходимо для отстройки главным образом от вы сокочастотных составляющих, являющих ся следствием частичных пробоев в дуговом столбе и затрудняющих опред ление фазы напряжения. Блок может быть выполнен на основе полосового фильтра, настроенного на промьшленную частоту. Токовьм фильтр 2 осуществляет формирование нулевой составляющей фазных токов линии и выделение из этой составляющей ее основной гармоники. Блок 3 контроля напряжения осуществляет сравнение величины измеряемого напряжения с одной из двух заданных уставок ицст, или ULJCT.Z в зависимости от измеренной величины составляющей токов линии. Выходной управляющий сигнал формируется при превьшении измеряемым напряжением заданной уставки. Блок может быть выполнен, например, на основе трех реле - одного промежуточного, имеющего -нормально замкнутые и нормально разомкнутые контакты, и двух рел повышения напряжения с нормально разомкнутыми контактами, имеющих разные уставки срабатывания. Обмотки реле повьщ1ения напряжения запиты ваются от фильтра 1 напряжения через контакты промежуточного реле. К обмотке промежуточного реле подключен выход блока 5 контроля тока. Параллельно соединенные контакты двух реле напряжения образуют выходную щел блока. При появлении на вьтходе блок 5 контроля тока управляющего сигнал промежуточное реле срабатывает, обе печивая замену одного реле напряж ния с уставкой срабатывания Оцет,;, на другое с уставкой срабатывания ,-2 Вторая уставка по напряжению UMJ.-, я выбирается из условия отстройки от порога чувствительности используемых средств измерения напряжения. Сравнение напряжения отключенной фазы линии с этой уставкой в диапазоне 8 повышает функциональную надежность устройства благодаря дополнительной блокировке срабатывания при близком замыкании, когда из-за низкого уровня входного сигнала блок А контроля угла сдвига может работать неустойчиво. Блок 4 контроля угла сдвига осуществляет сравнение величины угла сдвига Ц) между двумя входными сигналами с заданной уставкой Q и формирует выходной управляющий сигнал при выполнении условия ( Ч , Блок может быть выполнен на основе фазосравнивающей схемы, обеспечивающей формирование аналогового сигнала, уровень которого пропорционален величине угла сдвига между входными сигналами, и выходного реле. Фазоповоротный блок 6 обеспечивает смещение выходного сигнала токового фильтра 2 на угол tg (х /Го) где хфд и г - соответственно междуфазное индуктивное сопротивление линии и активное сопротивление земли на основной частоте. Ом/км. Блок 6 может быть выполнен в виде токовой цепи, содержащей активно-индуктивное , или активно-емкостное сопротивление, с которого снимается напряжение, сдвинутое относительно тока на заданный угол. , Элемент 9 выдержки времени запускается при появлении входного сигнала и по истечении заданной выдержки времени формирует выходной сигнал; при исчезновении входного сигнала , возвращается в исходное положение. Вьщержка времени при фиксации исчезновения замыкания необходима для отстройки от возможных повторных пробоев дугового промежутка в месте замыкания. Ее величина может быть с запасом принята равной времени восстановления электрической прочности дугового промежутка, т.е. времени его деионизации., Устройство работает следующим образом.

С выхода измерительного трансформатора ТН через цепи избирателя поврежденной фазы (не показаны) напряжение поврежденной фазы подается на вход фильтра 1 напряжения, являющийся первым входом устройства. С выхода фильтра 1 отфильтрованное напряжение пoдaetcя на первый вход блока 3 контроля напряжения и на первый вход блока 4 контроля угла сдвига.

С вторичных обмоток трансформаторов тока ТТ фазные токи линии подаются на рход токового фильтра 2, являющийся вторым входом устройства. В фильтре 2 вьщеляется основная гармоника нулевой составляющей токов линии. Этот вьщеленный сигнал с выхода фильтра 2 подается на вход блока 5 контроля тока и через фазоповоротный

(

блок 6, где смещается на заданный угол - на второй вход блока 4 контроля угла сдвига.

Если измеряемое напряжение меньше уставки (это сввдетельствует о наличии замыкания на отключенной фазе), сигнал на выходе блока 3 контроля напряжения отсутствует. При этом отсутствуют сигналы на входе эяемента 7 ЗАПРЕТ и на одном из входов элемента 8 И, что блокирует вьздачу устройством сигнала об исчезновении замыкания.

В некоторых режимах в области больших углов электропередачи изме ряемое напряжение может быть меньше уставки и после исчезновения замыкания (кривая 2, фиг. 2), т.е. в области больших углов электропередачи, устройство не всегда обна;руживает исчезновение замыкания. Однако это не является недостатком, поскольку осуществлять ОАПВ при углах 8 110120 нецелесообразно.

Когда при значении составляющей токов линии ниже уставки измеряемое напряжение превьш1ает первую уставку по напряжению что свидетельствует об исчезновении замыкания блокЗ контроля напряжения срабатывает и через логический элемент 7 ЗАПРЕТ выдает управляющий сигнал на вход элемента 9 вьщержки времени. По истечении заданной вьздержки времени блок 9 формирует выходной сигнал, который может использоваться как разрешающий при осуществлении ОАПВ.

Если до истечения заданной вцдержки времени происходит повторный пробой дугового промежутка в месте замьжания, то сигнал с входа блока 9 снимается и блок возвращается в исходное состояние.

Когда нулевая составляющая токов линии превышает заданную уставку, блок 5 контроля тока срабатывает и формирует управляющий сигнал, который подается на второй вход элемента 7 ЗАПРЕТ, затйфая его и исключая тем самым возможность неселективного срабатьюания устройства от блока 3 контроля напряжения. Кроме того, сигнал с выхода блока 5 подается на второй вход бло1 3 контроля напряжения, обеспечивая изменение уставки срабатывания по напряжению, а также на второй вход элемента 8 И, тем самым осуществляется переключение устройства на вьшолнение контроля за исчезновением замыкания по величине угла сдвига между напряжением отключенной фазы и составляющей токов линии.

Если при значении нулевой составляющей токов линии, большем уставки, величина определяемого угла сдвига меньше уставки Cfacr свидетельствует о наличии замыкания. Сигнал на выходе блока 4 контроля угла сдвига и, соответственно, на третьем входе элемента 8 И отсутствует. Устройство не срабатывает.

После исчезновения замыкания величина определяемого угла сдвига увеличивается, . выполняется условие t 9ч«Т Блок 4 срабатывает и вьщает управляющий сигнал на третий вход элемента 8 И. При наличии сигналов на всех трех входах элемента 8 И последний срабатывает и запускает элемент 9 вьщержки времени. После обработки вьщержки времени устройство вьадает сигнал об исчезновении замыкания.

При близком замыкан1т, когда уровень измеряемого напряжения мал и нет возможности точно учесть его фазу, блок 4 контроля угла сдвига может сработать ошибочно. Однако условие ( в этом случае не вьтолня-. ется. Сигнал на выходе блока 3 контроля напряжения и, соответственно, на первом входе элемента 8 И отсутствует, что блокирует ошибочную фиксацию исчезновения замыкания.

5

Устройство отличается своей универсальностью и простотой технической реализации. Оно может применять. 13 . ся на нереактированных линиях, а так же на линиях, оснащенных как полным, так и неполным числом ШР. Функциональная схема устройства позволяет в каждом конкретном случае обеспечить максимальную чувствительность контроля за исчезновением замыкания путем соответствующего выбора уставок по напряжению, по величине составляющей токов линий и по величине определяемого угла сдвига. Технико-экономический эффект Изоб ретения обусловлен исключением возможности повторного включгния линии 42 на неустранившееся замыкание, сокращением времени ликвидации аварии, что облегчает условия работы силового и коммутационного оборудования, особенно линейных выключателей, снижает вероятность отказа выключателей в аварийных режимах, способствует повышению надежности работы энергосистемы. Исключен ие возможности неуспешного ОАПВ позволяет снизить для линий запасы по устойчивости и тем самым увеличить их пропускную способность.