Многофазное реле сопротивления Советский патент 1986 года по МПК H02H3/40 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах релейной защиты линии электропередачи от междуфазных коротких замыканий, особенно линии с ответвлениями.

Цель изобретения - ювышение чувствительности к междуфазным коротким замыканиям за трансформаторами отпаечных подстанций на линиях с ответвлениями.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого реле; на фиг. 2 и 3 -- временные диаграммы напряжений; на фиг. 4-6 - характеристики срабатывания реле в комплексной плоскости сопротивления петли короткого замыкания.

Устройство содержит формирователь 1 сравниваемых величин, осуществляющий формирование компенсированных линейных напряжений и напряжения, пропорционального разности токов обратной последовательности двух фаз, два выхода которого подключены непосредственно к соответствующим входам преобразователя 2 синусоида.чь- ных напряжений в прямоугольные импульсы, а два других выхода - через фазосдви- гающие элементы 3 и 4, выходы преобразователя 2 синусоидальных напряжений в прямоугольные импульсы подключены к входам расижрителя 5 импульсов и входам одного блока 6 сдвига передних и задних фронтов импульсов, избиратель 7 особой фазы, подключенный выходами к управляющим входам расщирителя 5 импульсов, четырехвхо- довые элементы И 8 и 9, подключенные первыми входами к выходу другого блока 10 сдвига передних и задних фронтов импульсов, а остальными входами соответственно к выходам расщирителя 5 импульсов и блока 6 сдвига передних и задних фронтов импульсов, элемент ИЛИ Ч, подключенный входами к выходам элементов И 8 и 9, а выходом - к входу преобразователя 12 импульсных сигпалов в непрерывный сигнал.

Устройство работает следующим образом.

На входы формирователя 1 поступают напряжения и токи соответствующих фаз А, В, С, на его выходах формируется напряжение U z, пропорциональное разности то- кообратной последовательности двух фаз, например, фаз С и В

и ),

где п - коэффициент пропорциональности и компенсированные линейные напряжения

( -2,Х/в -i.);

UL At-Z,j{ -te};

сд б сА-2,Хгг- и);

где Z,j - сопротивление уставки; ОАВ,.{)ВО,

f)tA - соответствующие линейные напряжения.

5

0

5

0

5

0

5

0

5

АВ,

поступают на

Возможно формирование напряжений U на основе токов обратной последовательности других фаз, но при этом соответствующим образом необходимо изменить компенсированные линейные напряжения.

Напряжения (/i и О вс поступают на входы преобразователя 2 синусоидальных напряжений в прямоугольные импульсы, знак которых совпадает со знаком мгновенных значений соответствующих напряжений.

Напряжения Одв и UC.A поступают на фазосдвигающие элементы 3 и 4, осуществляющие преобразования

Ut

()сА а-6 /А; где а - фазовый оператор.

Далее эти напряжения соответствующие входы преобразователя 2 синусоидальных напряжений в прямоугольные импульсы. С выходов преобразователя 2 напряжения ноступают па входы расширителя 5 импульсов и блоков 6 и 10 сдвига передних и задних фронтов, производящие смещение фронтов импульсов. На фиг. 2 и 3 изображены временные диаграммы напряжений. Кривая 13 (фиг. 2 а) соответствует напряжению /У на выходе формирователя I, пропорционально|-о разности токов обратной последовательности двух фаз. Р1з напряжений 01 преобразователе.м 2 формируются прямоугольные логические импульсы 14 (фиг. 26), длительность которых соответствует длительности положительной полуволны напряжений С . Блок 10 сдвига фронтов импульсов из прямоугольного импульса 14 (фиг. 2 б) формирует импульс 15 (фиг. 2 в) д,:1ите;1ьностью Ч ;, и;5ичем начало пмпульса 15 совпадает с окончанием имг1у,:1ьса 14. Кривая 16 (фиг. За) соответствует компенсированным линейным на пряжениям (Уве, (У АВ, СА на выходе формирователя 1 (6 вс и на вь холах фазосдви- гаюндих стрр йств З и 4 (Одц, UL). Из напряжений Уве, f/As, УСА преобразователем 2 формируются прямоу| ольные логические импульсы 17 (фиг. 36), длительность которых соответствует длите.льности полуволны соответ- ствую1цего напряжения. Импульсы 17 поступают па входы расщирителя 5 импульсов и блока 6 сдвига передних 4 и задпих фроп- тов, причем в рас1пирителе 5 происходит расщирение импульса 17 на угол fij (фиг. Зг) - импульс 18. Наличие избирателя 7 особой фазы позволяет при коротких замыканиях на землЮ сдвигать на величину 1з фронты только одного из пмпульсов соответствующего напряжения 6 вс, Уде, УСА. Так при двух- фазно.м коротком замыкании фаз /1 и S на землю па выходе А В избирателя 7 особой фазы, па входы которого подаются фазнь е токи, появляется непрерывный сигнал, который далее подается на расщиритель 5 импульсов. Нри этом рас1пиряется на угол (Зз

только импульс, соответствующий напряжению (УВС. а два других импульса, соответствующих напряжениям С/м и О СА. остаются без изменения. Аналогично при коротком замыкании фаз С и /4 на землю, появляется непрерывный сигнал на другом вы- ходе СА избирателя 7 особой фазы и расширяется на угол РЗ только, импульс, соответствующий напряжению t/jfe- Одновременно импульсы 17 с выхода преобразователя 2 поступают на входы блока 6 сдвига перед- них и задних фронтов импульсов, в котором формируется импульс 19 (фиг. Зв), прячем начало импульса 19 сдвинуто относительно начала импульса 17 (фиг. 36) на угол PI, а окончание импульса 19 сдвинуто относительно окончаний импульса 17 на угол 2. Импульсы 19 с выхода блока сдвига передних и задних фронтов и импульс 15 (фиг. 2 в) поступают на входы элемента И 9. Аналогично импульсы 18 и импульс 15 поступают на входы элемента И 8. Импульсы с выходов элементов И8 и 9 поступают на входы логического элемента ИЛИ 11, на выходе которого появляется импульсный сигнал, далее поступающий на вход преобразователя 12 импульсных сигналов в непрерывном сигнале, осуществляющий преоб- разование короткого импульсного сигнала в непрерывный сигнал.

Для срабатывания устройства необходимо появление импульса на выходе одного из элементов И 8 и 9. На выходе элемен

На фиг. 4 для рассмотренного случая показана область срабатывания в комплексной плоскости сопротивления петли короткого замыкания при отсутствии доаварий- ного тока, соответствующая одновременному выполнению условия (4), (5) и (6). Как видно из характеристики, для данндго случая прямая СА получает в точке РСА излом на угол рз. При других сочетаниях замкнувшихся фаз область срабатывания аналогична. Расположение особых точек РАВ и РСА характеристики, определяется параметрами сети энергосистемы. Причем заданием параметра рз можно регулировать форму характеристики. При этом обеспечивается высокая чувствительность устройства при двухфазных коротких замыканиях на

та И 8 импульс появляется в том случае, 30 землю в защищаемой зоне через переходесли в момент появления на его первом входе импульса 15 (фиг.1 и 2); сформированного из напряжения U на трех других входах элемента И8, одновременно присутствуют импульс ы 18, сформированные из наное сопротивление. В случае коротких замыканий между фазами без земли, например, В и С избиратель особой фазы по принципу своего действия не способен выявить особую фазу, т. е. сигналы на его

пряжений (/&С-, ОА&, ОС-А. Это имеет место, 5 выходах отсутствуют. При этом неравенства

(1), (2) и (3) .г ринимают следующий вид: 0° arg--& 180°: (7)

1/2

когда одновременно выполняются следующие неравенства (условие 1):

-p3L, и

180°

(1)

uz

180°;

(8)

-рз12 ал 4; 180°;

U2

(2)

напряжений C lo, OAK, ( нельзя охватить углом 180°. При этом неравенства (1), (2) и (3) не выполняются.

При двухфазных коротких замыканиях на землю, например при замыкании фаз В и С, неравенства (1), (2) и (3) принимают вид

.180°; и

и

0° аг -ь4 180°; Ua

-p3 arg-S- 180° Ui

На фиг. 4 для рассмотренного случая показана область срабатывания в комплексной плоскости сопротивления петли короткого замыкания при отсутствии доаварий- ного тока, соответствующая одновременному выполнению условия (4), (5) и (6). Как видно из характеристики, для данндго случая прямая СА получает в точке РСА излом на угол рз. При других сочетаниях замкнувшихся фаз область срабатывания аналогична. Расположение особых точек РАВ и РСА характеристики, определяется параметрами сети энергосистемы. Причем заданием параметра рз можно регулировать форму характеристики. При этом обеспечивается высокая чувствительность устройства при двухфазных коротких замыканиях на

землю в защищаемой зоне через переходное сопротивление. В случае коротких замыканий между фазами без земли, например, В и С избиратель особой фазы по принципу своего действия не способен выявить особую фазу, т. е. сигналы на его

выходах отсутствуют. При этом неравенства

40

uz

180°;

(8)

180°;

(9)

180°;

(3)

- угол, регулируемый в расшири теле 5 импульсов; Ьь L2,

Ьз - логические переменные, принимающие значение, равное 1

при наличии сигнала соответственно на первом, втором и третьем выходах избирателя 7 особой фазы, и равные О при отсутствии указанных сигналов.

В нормальном режиме работы защищаемой линии электропередачи отсутствуют токи обратной последовательности, поэтому отсутствует напряжение Uz, логические переменные LI, Lg, 3 равны О, а пучок векторов

Об.часть одновременного выполнения неравенств (7), (8) и (9) соответствует области выполнения неравенств (4), (5) и (6) при и ограничена правильным треугольником (показано пунктиром на фиг. 4). Таким образом, работа описанной части схемы, обеспечивающей выполнение условий 1, а так же характеристика (фиг. 4) аналогичны принципу действия и характеристике известного устройства. Недостатком известного устройства с такой областью срабатывания является невозможность резервирования защит трансформаторов, установленных на подстанциях ответвлений.

Действительно, если на защищаемой линии в точке /V (фиг. 4) имеется ответвление (сопротивление до ответвления ZOT), т. е. к защищаемой линии подключена подстанция без выключателя на высокой стороне, то область срабатывания на фиг. 4 может не охватывать сопротивление трансформа- тора ZT при коротких замыканиях за трансформатором на подстанции ответвления. При этом в случае отказа защиты трансформатора или в случае отказа коротко- замыкателя трансформатор остается без защиты.

Для осуществления резервирования защит трансформаторов при сохранении селективности в случае коротких замыканий на смежных линиях в схему устройства дополнительно введены упомянутые элементы.

Импульс на выходе элемента И9 появляется в том случае, если в момент появления кратковременного импульса 15 одновременно на трех других его входах присутствуют имп ульсь 1 19, сформированные из напряжений Щ, Ом, Olf,. Это имеет мес- то при одновременном выполнении следующих трех неравенств:

р,а/-Я 180°и,

(10)

Z

-

25

Р1 а й4тт 180°-р2

Z

vL.

-P.arg-f 180°-p, г.

12)

где PI и Ра - углы, регулируемые в блоке 6 сдвига передних и задних фронтов импульсов.

В нормальном режиме работы защищаемой линии электропередач отсутствует U l так как отсутствуют токи обратной последовательности, при этом условия (10), (11) и (12) не выполняются, на выходе элемента И9 сигнал отсутствует.

При двухфазном коротком замыкании появляется напряжение, пропорциональное разности токов обратной последователь- ности двух фаз. Условия срабатывания выполняются и на выходе элемента И 9 появляется сигнал. На фиг. 5 показана характеристика срабатывания данной части схемы в комплексной плоскости петли короткого замыкания при отсутствии до аварий- ного тока. При этом обеспечивается охват сопротивления трансформаторов ответвлений при двухфазных коротких замыканиях за трансформатором. Причем регулированием параметров PI и 2 можно регулировать форму характеристики. Выходы элементов И 8 и 9 подключены к входам элемента ИЛИ 11 и для срабатывания устройства достаточно появления сигнала на выходе одного из элементов И 8 и 9. При

этом область срабатывания устройства в целом соответствует выполнению одного из условий: условия 1 или условия 2. На фиг. 6 представлена результирующая область срабатывания устройства в комплексной плоскости сопротивления петли короткого замыкания, представляющая собой сумму областей срабатывания, показанных на фиг. 4 и 5.

Таким образом, описанный дистанционный орган имеет вь сокую чувствительность при двухфазных коротких замыканий на землю и двухфазных коротких замыканий между фазами, а также обеспечивает чувствительность к междуфазным коротким замыканиям за трансформатором на линиях с ответвлениями, что позволяет обеспечить резервирование защит трансформаторов ответвления.

Формула изобретения

Многофазное реле сопротивления, содержащее блок формирования сравниваемых величин, подключенный двумя выходами непосредственно, а двумя другими выходами через соответствующие фазосдвига- ющие элементы к входам преобразователя синусоидальных величин в пря.моугольные импульсы, три выхода которого подключены через блок с.авига передних и задних фронтов импульсов к трем входам четырехвхо- дового элемента И, избиратель особой фазы и преобразователь импульсных сигналов в непрерывный сигнал, выход которого является выходом реле, отличающееся тем, что, с целью повыщения чувствительности к междуфазным коротким замыканиям за трансформаторами отнаечных подстанций на линиях с ответвлениями, в него дополнительно введены четырехвходовой элемент И, элемент ИЛИ, расширитель импульсов и блок сдвига передних и задних фронтов импульсов, при этом три указанных выхода преобразователя синусоидальных величин в прямоугольные импульсы подключены также через расширитель импульсов к трем входам вновь введенного элемента И, четвертый выход преобразователя синусоидальных величин в прямоугольные импульсы подключен через вновь введенный блок сдвига передних и задних фронтов импульсов к четвертым входам обеих элементов И, подключенных выходами к входам элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу преобразователя импульсных сигналов в непрерывный сигнал, а выходы избирателя особой фазы подключены к управляющим входам расширителя импульсов.

фиг. 2

фиг. 3

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах релейной защиты линии электропередачи от междуфазных коротких замыканий, особенно линии с ответвлениями. Цель изобретения - повышение чувствительности к междуфазным коротким замыканиям за трансформаторами отпаечных подстанций на линиях с ответвлениями. Устройство содержит IA (а - UA Н Uc , иг UB C i Ш формирователь сравниваемых величин I, преобразователь синусоидальных импульсов в прямоугольные (ПСИ) 2, избиратель особой фазы 7, элемент И 8 и преобразователь импульсных сигналов в непрерывный сигнал. Введение четырехвходового элемента И 9, элемента ИЛИ И, расширителя импульсов (РИ)5 и блока сдвига передних и задних фронтов импульсов (БС)Ю обеспечит селективность устройства в случае коротких замыканий на смежных линиях. Высокая чувствительность устройства при двухфазных коротких замыканиях на землю в защищаемой зоне через переходное сопротивление обеспечивается за счет регулирования параметра угла Рз в РИ 5. Регулировать форму характеристики зап1,иты можно также меняя параметры (3i и (32 в БС 10. Многофазное реле сопротивления имеет высокую чувствительность при двухфазных коротких замыканиях на землю, при двухфазных коротких замыканиях между фазами, при междуфазных коротких замыканиях за трансформатором на линиях с ответвлениями. 6 ил. (О (Л UU ГчЭ со ;о to 11 -)

J4

сриг.

РВС -Zy

/

фиг. 5

iPus. S