Устройство для определения режима работы электрической сети с изолированной или компенсированной нейтралью Советский патент 1987 года по МПК H02H3/16 

1.1

Изобретение относится к электротехнике, в частности к области электрических сетей, и может быть использовано для определения состояний электрической сети с изолированной или компенсированной нейтралью.

Цепью изобретения является расширение функдиональных возможностей путем выявления и индикации кратво- временных однофазных замыканий на землю, быстропротекающих неполно- фазных .режимов и определения числа ненормальных режимов сети.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - блок определения и индикации понижения напряжения на фазе; на фиг.З - блок определения и индикации повышения напряжения нейтрали; на фиг.47 - блоки определения и индикации различных состояний электрической сети.

К электрической сети 1 с изолированной или компенсированной нейтралью подключается первичная обмотка трансформатора 2 напряжения, к вторичной обмотке которого, соединенной по схеме звезда с нулем, через предохранители 3 подключены три входа блока 4 определения и индикации понижения напряжения на фазе, а к вторичной обмотке, соединенной по схеме открытого треугольника, - вход блбка 5 определения и индикации повышения напряжения нейтрали, вход первого блока 6 времени соединен с неинверсным выходом блока 4, а вход второго блока 7 времени - с неинверсным выходом блока 5, два входа блока 8 определения и индикаци нормального режима сети соединены соответственно с инверсными выходами блоков 4 и 5, два входа блока 9 определения и индикации длительного не- полнофазного режима сети соединены соответственно с инверсным выходом блока 4 и неинверсным выходом блока 5, а третий вход - с выходом второго блока 7 времени, два входа блока 10 определения и индикации об- рыва фазы в цепях вторичной обмотки трансформатора 2 напряжения, соединенной по схеме звезда с нулем, Соединены соответственно с неинверсным выходом блока 4 и инверсным выходом блока 5, а третий выход с первым выходом первого блока 6 времени. Первые два входа блоков 11 и 12 определения и индикации длитель42

ных однофазных замыканий на землю различной продолжительности соединены соответственно с неинверсными выходами блоков 4 и 5, а третьи вхо

ды - соответственно с первым и вторым выходами первого блока 6 времени, блок 13 сложения последовательно соединен с блоком 14 вычитания, -первый счетчик 15 числа состояний соединен

с неинверсным выходом блока 5, а вы- ход - с вторым входом блока 14,вхот ды счетчиков 16-20 числа состояний соединены соответственно с выходами блоков 9-14, а выходы счетчиков 16

и 18 - соответственно с двумя входами блока 13 сложения.

К трем входам блока 4 (фиг.2)под-- ключены соответственно три преобразователя 21-23 переменного напряжения .

в логический сигнал, инверсные выходы преобразователей 21-23 соединены соответственно с первыми входами трех логических элементов И 24-26 и с тремя входами логического элемента ИЛИ 27, а неинверсные выходы преобразов ателей 21-23 - с вторыми и третьими входами логических элементов И отстающей и опережающей фаз, выходы логических элементов И 24-26

соединены соответственно с входами элементов 28-30 индикации, а неинверсный и инверсный выходы логичес- кого элемента ИЛИ 27 подключены к двум выходам блока 4 определения и

индикации понижения напряжения на фазе.

Блок 5 (фиг.З) состоит из последовательно соединенных преобразователя 31 переменного напряжения в

логический сигнал и элемента 32 индикации, вход преобразователя 31 подключен к входу блока 5, а неин- версньш и инверсный выходы 33 - соответственно к двум выходам блока 5.

Блоки 8-12 определения и индикации различных состояний электрической сети (фиг, 4-7) состоят из последовательно соединенн ых пар - логического, элемента И и элемента индикации соответственно 33 и 34, 35 и 36, 37 .и 38, 39, 40 и 41, 42.

Устройство устанавливается на любой подстанции системы электроснабжения с изолированной или компенсированной нейтралью напряжением 6, 10, 35 кВ, Само устройство подключается к вторичным обмоткам трехфазного . трансформатора (или группы из трех однофазньпс трансформаторов), первич313

пая обмотка которого подключена между фазами указанной сети и землей. Для защиты трансформатора напряжения на первичной и вторичной сторонах установлены предохранители. Устройство контролирует величины напряжений фаз сети относительно земли U , Ug, Uj, и напряжение нейтрали U, и в зависимости .от изменения их величин определяет состояние электрической сети и трансформатора напряжения.

Напряжения фаз сети относительно земли и , Ug, Uj. подаются на входы преобразователей 21-23 переменного напряжения в логический сигнал с уставкой по напряжению 0,05-0,2 U. Если входные сигналы меньше напряжения уставки, то их выходные сигналы F на инверсных выходах равны логическому О, а при превышении уставки - логической 1. Выбранные уставки обеспечивают изменение выходного сигнала одного из преобразователей 21-23 только при возникновении в электрической сети однофазного за- мыкания на землю или исчезновении напряжения на одной из фаз сети (при перегорании предохранителя в цепях вторичной обмотки трансформатора напряжения, соединенной по схеме зве- зда с нулем). Сигналы F с инверсных выходов преобразователей 21-23 подаются соответственно на входы логических элементов И 24-26 и на входы логического элемента ИЛИ 27, а сигна лы F с неинверсных выходов. - на логические элементы И отстающей и опережающей фаз. Такая схема соединений в нормальном режиме электрической сети обеспечивает запрет логических элементов И от преобразователей одно именньк фаз, а при возникновении однофазного замыкания на землю или обрыве фазы во вторичных цепях трансформатора напряжения - разрешение дл логического элемента И поврежденной фазы и подтверждение запрета для логических элементов и здоровых фаз. В нормальном режиме сети сигнал Z на неинверсном выходе логического эле- мента ИЛИ 27 равен логическому О, а при исчезновении напряжения на фазе - логической 1. Для индикации повреждений фазы служат элементы 28-30 индикации.

Напряжение нейтрали Ur подается на вход преобразователя 31 переменного напряжения в логический сигнал с уставкой по напряжению 0,3 Пф. Ее344

ли входное напряжение преобразователя меньше напряжения уставки, то его выходной сигнал N равен логическому О, при превьш ении уставки - логической 1. В нормальном режиме сети, когда Uj. 0,3 и, сигнал N равен логическому О и становится равным логической 1 при однофазном замыкании на землю, а также неполно- фазном режиме, когда повышается напряжение нейтрали. Для индикации повышения напряжения нейтрали более 0,3 и служит элемент 32 индикации.

Для формирования сигналов, характеризующих определенные состояния электрической сети, используются блоки 8-12, на входы которых подаются определенные сочетания логических сигналов Z, Z, N, N.

Для выявления нормального режима работы электрической сети используется блок 8 определения и индикации нормального режима, на два входа которого подаются логические сигналы, В нормальном режиме эти сигналы ра:в- ны логическим 1, следовательно, и выходной сигнал логического элемента И 33 равен логической 1, а элемент 34 индикации индцирует это состояние электрической сети.

Неполнофазные режимы электрической сети с изолированной или компенсированной нейтралью возникают вследствие нессиметрии напряжений источника питания, например, при подключени к сети на линейное напряжение мощных однофазных потребителей электроэнергии или при появлении несимметрии проводимостей фаз сети относительно земли (уменьшение емкости одной из фаз сети -из-за неодновременности включения фаз масляных выключателей и разъединителей перегорания предохранителей силовых цепей, обрывов проводов и др.). Особенно важна фиксация быстропротекающих неполнофазны режимов, которые в-большинстве случаев не являются аварийными. Однако фиксация таких режимов позволяет выявлять ненормально функционирующие элементы электрической сети, например разновременное включение или отключение фаз выключателей. Кроме того,, возникакщие неполнофазные режимы сопровождаются перенапряжениями на нейтрали и фазах электрической сети и могут привести к пробою изоляции. Основной особенностью неполнофаз- ного режима является повышение на513

пряжения нейтрали более 0,3 Цф, в то время как напряжения фаз сети от- носитбльно земли могут изменяться в большую или меньшую сторону от фазного значения. Для выявления такого режима используется блок 9 определения и индикации неполнофазных режимов. На его первые два входа - входы логического элемента И 35 подаются логические сигналы Z и N. Первый логический сигнал Z нормально равен ло

гической , а второй N - логическому О. При возникновении неполно- фазного режима, когда напряжение нейтрали повышается более 0,3иф, а напряжения на фазах остаются больше 0,05-0,2 Цф, изменяется только логический сигнал N, которьй становится

равным логической 1,- что приводит к появлению логической 1 и на выходе логического элемента И 35 и соответственно к индикации элемента 36. Для исключения ложных срабатываний блока 9 во время переходных процессов в электрической сети при изменении ее режимов работы и фиксации длительных неполнофазных режимов в устройство введен второй блок 7 времени, который дает запрет по третьему входу логического элемента И 35 на определение состояния электрической сети. Вьщержка времени должна составлять не менее 0,5-1,0 с.

Под обрывом фазы в цепи вторичной обмотки трансформатора 2 напряжения, соединенной по схеме звезда с нулем, понимается перегорание предохранителей 3 в цепях этой обмотки, в то время как фазные напряжения относительно земли и напряжение нейтра ли в самой электрической сети остаются без изменения. Последнее ведет к нарушению функционирования релейной защиты, автоматики, приборов учета электроэнергии, устанавливаемых на подстанциях. Для выявления этого режима используется блок 10, на входы которого подаются логические сигналы Z, N. Для отстройки от переходных процессов (аналогично блоку 9) на третий вход логического элемента И 37 подается сигнал Т. с первого блока 7 времени.

Для выявления однофазных замыканий на землю различной продолжительности устройство может .содержать несколько блоков, аналогичных блоку 11 Для этого используются первьй блок 6 времени, имеющий п выходов с различHb№W вьщержками времени Т...Т и п

W

блоков 11-12, на первые два входа ко-, торых подаются сигналы Z и N. На третьи входы блоков 11-12 подаются сигналы фиксации (запрета) Т...Т. Блок 11 начинает фиксировать однофазные замыкания на землю после истечения выдержки времени ,5 с, т.е. длительностью более 0,5 с. Промежуточные блоки фиксируют однофазные замы- . кания на землю длительностью более 5, 60 с и т.д. Последний блок 12 начинает фиксировать замыкания после истечения выдержки времени ч. 15 Такое построение структурной схемы позволяет накапливать статистические данные об однофазных замыканиях на землю различной длительности. Число блоков 11-12 определяется программой 20 статистического обследования работы электрической сети.

Дополнительное введение блока 7 времени при .наличии такой же выдержки в блоке 6 времени необходимо, -так 25 как действие этих блоков определяется разными сигналами Z и N. Если сигнал N изменяется сразу при повышении напряжения нейтрали, то сигнал Z при понижении напряжения на какой- 3Q либо из фаз изменяется с задержкой 0,75...1 период промьш ленной частоты (последнее вызвано особенностями преобразования синусоидального напряжения в логический сигнал).

Блоки 6 и 7 времени работают следующим образом.

Нормально на выходе этих блоков сигнал равен логическому О.

При появлении на входе блоков ло- 40 гической 1 блоки запускаются и

их выходной сигнал становится равным логической 1 через заданную вьщерж35

Появление на входах бло- 0

ку времени,

ков времени логического U сразу

вызывает появление на их выходах также логического О. Благодаря этому осуществляется отстройка от переходных процессов.

Выходы блоков 9-12 определения

и индикации соединены соответственно со счетчиками 16-19 числа состояний, которые фиксируют появление соответствующих режимов работы электрической сети,. Получаемая информация может

быть использована для анализа состояния электрической сети с целью повы- шения ее надежности.

Напряжение нейтрали электрической сети практически сразу становится

71

равным фазному (или по крайней мере превышает 0,3 U) при возникновении однофазного замыкания на землю любой длительности и при различных видах неполнофазных режимов также любой длительности. Блоки 9 и 10 фиксируют указанные режимы длительностью более 0,5 с. С целью выявления суммы кратковременных однофазных замыканий на землю (длительностью менее 0,5 с) и быстропротекающих неполно- фазных режимов используются счетчики 15, 16, 18 и 20 числа состояний, блоки 13 и 14 соответственно сложения и вычитания. Предварительно блок 13 сложения суммирует данные счетчиков 16 и 18 числа состояний. Полученная сумма вычитается блоком 14 вычитания из данных счетчика 15 числа состояний, который фиксирует все по- вышения напряжения нейтрали более 0,3 и. Окончательно счетчик числа 20 состояний фиксирует сумму кратковременных однофазных замыканий на землю и быстропротекающих неполно- фазных режимов длительностью до О,5 с Выявление указанных двух быстропротекающих режимов в отдельности практически сложно из-за недостаточности информации.

Предлагаемое устройство позволяет повысить достоверность информации о состояниях электрической сети, а также их число. Формула изобретения

Устройство для определения режима работы электрической сети с изолированной или компенсированной нейтралью, содержащее трансформатор на- пряжения, подключаемый к контролируемой сети, блок определения и индикации понижения напряжения на фазе, три входа которого подключены к вторичной обмотке трансформатора напря- женин, соединенный по схеме звезда с нулем, блок определения и инди- кации повышения напряжения нейтрали, вход которого подключен к вторичной обмотке трансформатора напря- жения, соединенной по схеме открытого треугольника, а также блок определения и индикации нормального режима сети, блок определения и индикации обрыва фазы в цепи вторичной обмотки трансформатора напряжения, соединенной по схеме звезда с нулем блок определения и индикации длительного однофазного замыкания на зем4

лю и блок времени, причем неиннерс- ный выход блока о пределения и индикации понижения напряжения на фазе соеинен с первыми входами блоков опрееления и индикации обрыва фазы длительного однофазного замыкания на землю, а инверсный выход - с первыми входами блоков определения и индикации нормального и длительного не- полнофазного режимов сети, неинверс- ный выход блока определения и индикации повышения напряжения нейтрали соединены с вторыми входами блоков определения и индикации длительного неполнофазного режима сети и длительного однофазного замыкания на землю, а инверсный выход - с вторыми входами блоков определения и индикации нормального режима и обрыва фазы, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем выяв- ения и индикации кратковременных однофазных замыканий на землю, быстропротекающих неполнофазных режимов и определения числа ненормальных режимов сети, в него введены второй блок времени, блок сложения, блок вычитания и счетчики числа состояний, причем вход первого блока времени соединен с неинверсным выходом блока определения и индикации понижения напряжения на фазе, а выход - с третьими входами блоков определения и индикации обрыва фазы и длительного однофазного замыкания, вход второго блока времени соединен с неинверсным выходом блока определения и индикации повышения напряжения нейтрали, а выход - с третьим входом блока определения и индикации длительных неполнофазных режимов, вход второго счетчика числа состояний соединен с неинверсным выходом блока определения и индикации повышения напряжения нейтрали, а выход - с первым входом блока вычитания, выоды блоков определения и индикации длительньк неполнофазных режимов и длительного однофазного замыкания на землю через свои счетчики числа состояний соединены соответственно с двумя входами блока сложения, выод которого соединен с вторым входом блока вычитания,.выходы блока определения и индикации обрыва фазы и блока вычитания соединены с вхоами своих счетчиков числа состояний.

31

5

H

N

Фиг.2

JJ

P

52

Фиг.З

ФигЛ

55

L

J7

Ю

.М

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для определения состояния электрической сети. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем выявления и индикации кратковременных однофазных замыканий на землю, бы- стропротекающих неполнофазных режимов и определения числа ненормальных Злектрическая сеть6,Ю,35к8 f ifcmppucfnSoM релейной защиты о8/по/ча- тики, телемеаонихи и учета злектричесхой Знергии режимов сети. Выходы блоков определения и индикации 9,10,11,12 соединены соответственно со счетчиками числа состояний 16,17,18,19, которые фиксируют появление соответствующих режимов работы электрической сети. Напряжение нейтрали сети при возникновении однофазного замыкания на землю любой длительности и при различных видах неполнофазных режимов становится равным фазному или по крайней мере превышает 0,3 ,. Блок сложения 13 суммирует данные счет-г чиков числа состояний 16 и 18. Полученная сумма вычитается блоком вычитания 14 из данных счетчика числа состояний 15. Окончательно счетчик числа состояний 20 фиксирует сумму кратковременных однофазных замыканий на землю и быстропротекающих неполно- фазных режимов длительностью до 0,5 с. Предложенное техническое решение позволяет повысить достоверность информации о состоянии электрической сети. 7 ил. i (Л со ;о со

36

38

Фиг.5

Z W

Редактор 0. Головач

Составитель Л, Васькова

Техред Н.Глущенко Корректор В. Бутяга

Заказ 2520/48Тираж 618Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Фиг. 6

П/2

Д

ЛН1

Фиг.7