Способ резервной защиты от короткого замыкания электроподстанции Советский патент 1987 года по МПК H02H3/28 

11343493

Изобретение относится к автоматике и релейной защите энергетических систем, в частности к способам резервных защит электроэнергетических объектов

Целью изобретения является повышение надежности функционирования путем увеличения быстродействия.

S

На фиг.1 представлена функциональ- Ю стороне 110 кВ, при отрицательных

1В

знаках V и V g - на стороне 10 кВ, так как отрицательные знаки указанных углов свидетельствуют о направлении токов КЗ к соответствующим шинам. При положительном знаке д ток КЗ направлен от шин в линию 33. Поэтому фиксируют повреждение на линии 33 или в направлении этой линии и приводят в действие ее резервную защиту (ЗЛ), тока 220 кВ, трансформаторы 23-27 то- 20 При отказе ЗЛ, когда сохраняет поло- ка 110 кВ, трансформаторы 28-32 тока жительный знак , подают с выдерж- 10 кВ., линии 220 KB 33 и 34, первая . кой времени на ступень большей выдер- 35 и вторая 36 секции сборных шин жки времени чувствительной ступени 220 кВ, линии 110 кВ 37 и 38, первая ЗЛ сигнал на отключение секционного

ная схема подстанции,

На фиг.2 - блок-схема устройства, реализующая способ резервной защиты подстанции, на фиГсЗ и 4 - блок-схемы отдельных блоков устройства.

Устройство содержит автотрансформаторы 1 и 2, выключатели 220 кВ 3-7, выключатели 110 кВ 8-12, выключате--. ли 10 кВ 13-17, трансформаторы 18-22

выключателя 4 и выключателя 6 этой стороны автотрансформатора 1, чем уменьшают время отключения последнего. Аналогично действуют при положительном знаке .

39 и вторая 40 секции сборных шин 110 кВ, линии 10 кВ 41 и 42, первая 43 и вторая 44 секции сборных шин 10 кВ, трансформаторы 45 и 46 напряжения 220 кВ, трансформаторы 47 и 48 напряжения 110 кВ, трансформаторы 49 и 50 напряжения 10 кВ.

Стрелками указаны условные положительные направления токов 1 в каждой из контролируемых цепей, положительному направлению тока поставлен в соответствие положительньш знак угла V , определяемого как угол между этим током и некоторым опорным напряжением Uon. В качестве Uon используется напряжение от трансформатора напряжения той секции к которой подключен элемент с контролируе- МЬПУ током. Знак угла считается положительным, если ток имеет активно-индуктивный характер.

Для нахождения поврежденного присоединения или направления с поврежденным присоединением определяют знак угла Ч , находят по нему направление мощности КЗ, и далее сравнивают знаки углов в различных цепях. При положи30

выключателя 4 и выключателя 6 этой стороны автотрансформатора 1, чем уменьшают время отключения последнего. Аналогично действуют при положительном знаке .

При отрицательных знаках углов на линиях 33 и 34 и в цепи секционного выключателя 4, учитывая ранее выявленное повреждение на стороне 220 кВ, фиксируют повреждение на пер35 вой секции 35 шин 220 кВ и посылают без вьщержки времени сигнал на отключение всех присоединений этой секции Аналогично определяют повреждение на линиях и шинах других напряжений.

40 Для определения направления мощности нулевой последовательности в элементах напряжением 220 кВ в качестве опорного напряжения принимается максимальное из напряжений Uo, полу-

45 чаемых от трансформаторов 45 я 46, датя определения направления мощности в элементах 110 кВ в качестве Uc, принимается максимальное из U от трансформаторов 47 и 48.

50

тельных знаках углов V

V в

Для определения направления мощности обратной последовательности Von выбирается аналогично (по U).

цепях высшего, среднего и низшего на- Дополнительно для определения направ- пряженшЧ автотрансформатора 1 фикси- 55 ления мощности обратной последовательности на стороне низшего напряжения используется UOKI от Т U, установленных на этой стороне (трансформаторы 49 и 50),

руют повреждение, при этом токи КЗ направлены внутрь поврежденного элемента и имеют положительное направление, и посылают без выдержки врем€;ни

сигнал на отклю.чен11е всех его выключателей,,

При положительных знаках % , 4f и аналогично определяют повреждение в автотрансформаторе 2. При отрицательных знаках , и фиксируют повреждение на стороне 220 кВ, при

отрицательных знаках Vj и V,. - на

S

стороне 110 кВ, при отрицательных

знаках V и V g - на стороне 10 кВ, так как отрицательные знаки указанных углов свидетельствуют о направлении токов КЗ к соответствующим шинам. При положительном знаке д ток КЗ направлен от шин в линию 33. Поэтому фиксируют повреждение на линии 33 или в направлении этой линии и приводят в действие ее резервную защиту (ЗЛ), При отказе ЗЛ, когда сохраняет поло- жительный знак , подают с выдерж- кой времени на ступень большей выдер- жки времени чувствительной ступени ЗЛ сигнал на отключение секционного

0

выключателя 4 и выключателя 6 этой стороны автотрансформатора 1, чем уменьшают время отключения последнего. Аналогично действуют при положительном знаке .

При отрицательных знаках углов на линиях 33 и 34 и в цепи секционного выключателя 4, учитывая ранее выявленное повреждение на стороне 220 кВ, фиксируют повреждение на пер5 вой секции 35 шин 220 кВ и посылают без вьщержки времени сигнал на отключение всех присоединений этой секции Аналогично определяют повреждение на линиях и шинах других напряжений.

0 Для определения направления мощности нулевой последовательности в элементах напряжением 220 кВ в качестве опорного напряжения принимается максимальное из напряжений Uo, полу-

5 чаемых от трансформаторов 45 я 46, датя определения направления мощности в элементах 110 кВ в качестве Uc, принимается максимальное из U от трансформаторов 47 и 48.

0

В защите может использоваться дистанционный принцип.

Углы .определяют при токах, больших порога срабатывания 1,, принятого равным току С5 абатывания чувствительной ступени резервной защиты или току точной работы дистанционной защиты. Если какие-либо токи меньше 1,,

ние с повреждением определяют беа учета знака угла элементов, а в которых ток меньше „ - только по знакам углов остальных сравниваемых токово Так, например, при 1 1 пов- 15 реждение на первой системе шин (35) 220 кВ определяют только по отрицательным знакам / и Vg.; Защита снабжена пусковым органом, обеспечивающим пуск защиты при всех КЗ. Пуско- 20 вой орган исключает возможность излишнего срабатывания защиты в нагрузочных режимах при токах, меньших „ Для повышения чувствительности к несимметричным КЗ, исключения влияния токов нагрузки и токов: в. КЗ в неповрежденных фазах за щиту выполняют то- ковой нулевой последовательности при КЗ на землю и либо фазной (трех- системной) дистанционной, либо токовой обратной последовательности совместно с односистемной дистанционной при междуфазных КЗ, Влияние токов нагрузки при трехфазных КЗ исключают использованием органа сопротивления с двумя четырехугОльнвми характерисвыходе f - при контролируемом ;, меньшем порогового значения.

то поврежденный элемент или направле- IQ значения или знак его положительньй,

а на токе,

или при отрицательном его знаке. Во всех остальных случаях сигналы на соответствующих выходах нулевые. Таким образом , если контролируемый ток превьш1ает пороговое значение, единичные сигналы имеют место на выходе П и одном из выходов Vf. или V , если же меньше порогового значения, то на выходе П сигнал нулевой, а на обоих

выходах V и - единичные,

На фиго 4 представлена структура одного из блоков 66-76. Каждый из

25 них включает в себя конъюнкторы 83, дизъюнктор 84 и конъюнктор 85. На входы конъюнктора 83 подаются сигналы, несущие информацию о знаках контролируемых т оков, а на входы дизъюнкЗд тора 84 - сигналы о результатах сопоставления их значений с пороговыми с соответствующих выходов П(фиг.З). Таким образом, единичный сигнал на выходе рассматриваемого блока может иметь .место только тогда, когда все сигналы на входе конъюнктора 83 и хотя бы один из сигналов на входе дизъюнктора 84 единичные, в противном случае сигнал будет нулевым.

тиками, направленными в I и ГЦ квадранты

Для вьшолнения защиты нулевой по- следовательнтэсти определяют и сравнивают знаки углов У лишь на сторонах 220 и 110 кВ подстанции.

На фиг,2 показан один из вариантов блок-схемы устройства, реализующего предлагаемый способ. Устройство содержит N (по числу контролируемых токов) идентичных блоков 51-65, выполняющих функции пороговых и выявляющих знак угла органов, а также блоков. 66-76, определяющих поврежденный элемент или зону с повреждением. Кроме того, в устройство входит блок 77, формирующий опорные напряжения.

На фиг,3 представлена структура блоков 51-65. Каждый такой блок включает пороговый элемент 78, фазосрав- нивающий элемент 79 двухстороннего действия, инвертор 80 и дизъюнкторы 81 и 82о У блоков по два входа: I для контролируемого тока и U - для опорного напряжения, а также три выхода. На выходе П единичный сигнал . имеет место при значениях контролируемого тока, больших его порогового значения, на выходе f единичный сигнал имеет место при условии, что кон- тролируемьм ток меньше порогового

выходе f - при контролируемом ;, меньшем порогового значения.

,

5 0

или при отрицательном его знаке. Во всех остальных случаях сигналы на соответствующих выходах нулевые. Таким образом , если контролируемый ток превьш1ает пороговое значение, единичные сигналы имеют место на выходе П и одном из выходов Vf. или V , если же меньше порогового значения, то на выходе П сигнал нулевой, а на обоих

выходах V и - единичные,

0

На фиго 4 представлена структура одного из блоков 66-76. Каждый из

5 них включает в себя конъюнкторы 83, дизъюнктор 84 и конъюнктор 85. На входы конъюнктора 83 подаются сигналы, несущие информацию о знаках контролируемых т оков, а на входы дизъюнкд тора 84 - сигналы о результатах сопоставления их значений с пороговыми с соответствующих выходов П(фиг.З). Таким образом, единичный сигнал на выходе рассматриваемого блока может иметь .место только тогда, когда все сигналы на входе конъюнктора 83 и хотя бы один из сигналов на входе дизъюнктора 84 единичные, в противном случае сигнал будет нулевым.

Входы I, и блоков 51-65 подключены к трансформаторам 18-32 тока и выходу блока 77 (фиг,2), Выходы П блоков 51-65 соединены с соответствующими входами блоков 66-76,

Выходы У блоков 51-53 соединены с входами блока 66, блоков 54-56 - с входами 67, выходы VL блоков 51 и .54 - с входами 68, блоков 52 и 55 - с входами 69, блоков 53 и 56 - с входами 70. Выход блока 68, выходы VL блоков 57 и 58 соединены с входами

71,а выход блока 68, выход V блока 57 и V - блока 59 - с входами блока

72.Связи между блоками 69,60,61,62 и 73 и 74, а также блоками 70,63,64, 65 и 75,76 ВЫПОЛН.ЯЮТСЯ аналогично.

Выходы блоков 66 и 67 подключены к цепям отключения автотрансформаторов 1 и 2 соответственно,выходы 71 и 72 - к цепям

5

0

5

отключения первой 55 и второй 36 секций шин 220 кВ, выходы 73 и 74 - к цепям отключения первой 40 и второй 39 секций шин 110 кВ, выходы 75 и 76 - к цепям отключения секций 10 кВ Выходы Ч блоков 59,61,62,64 и 65 подключены к цепям пуска ступенчатых защит линий 33,34,37,38,41 и 42 соответственно.

Устройство работает следующим об- разомо

При КЗ в автотрансформаторе 1, когда включены все его выключатели и токи 1 , Ij. и 1 больше пороговых единичные сигналы имеют место на вы- ходах П и V блоков 51-53, тогда как на их выходах сигналы нулевые Поэтому на выходе блока 66 имеет мес то единичный сигнал на отключение поврежденного автотрансформатора 1. На выходах блоков 68-70 сигналы нулевые Нулевым является сигнал и на выходе блока 67, поскольку при включенном автотрансформаторе 2 на выходе / хотя бы одного из блоков 54-56 присутствует нулевой сигнал, а при отключенном - сигналы на выходах П всех блоков 54-56 нулевые. Если же имеет место КЗ в автотрансформаторе 1, когда включены не все его выключатели, например в режиме опробовы- вания только выключатель 6, токи 1 и I, равны нулю (т.е. меньше пороговых) , на обоих выходах V и V блоков 52 и 53 имеют место единичные, а выходах П нулевые сигналы. При этом на выходах П к ff блока 51 сигналы единичные, на выходе - нулевой. Поэтому на выходе блока 66 имеет место единичный сигнал на отключение, а на выходе блока 68 - нулевой. Если в указанном режиме автотрансформаторы 1 и 2 включены параллельно на стороне 320 кВ, т.е. включены выключатели 4 и 7, то при подпитке в месте КЗ со стороны 110 кВ и 10 кВ через . автотрансформатор 2 имеет место такое распределение токов, что знаки токов Ij- и Ig положительные, а знак

тока I. отрицательный. Поэтому сигиа;лы на выходах блоков 67,69 и 70 нулевые.

Аналогично при КЗ в автотрансформаторе 2 имеют место единичные сигналы на выходах V блоков 54-56, что приводит к появлению на выходе блока 67 сигнала на отключение автотрансформатора 2.

При КЗ на стороне 220 кВ возникают единичные сигналы на выходах V. . блоков 51 и-54, что приводит к появлению единичного сигнала на выходе блока 68. При наличии этого сигнала и сигналов на выходах v блоков 57 и 58 появляется сигнал на выходе блока 71 на отключение первой секции 35 teiH 220 кВ, а при наличии сигнала на выходе блока 68, выходе V блока 57 и выходе VL блока 59 появляется сигнал на выходе блока 72 на отключение второй секции 36 шин 220 кВ„

5 При КЗ на стороне 110 кВ возникают единичные сигналы на выходах VL блоков 52 и 55, что приводит к появлению сигнала на выходе элемента 69. При наличии этого сигнала и сигналов

0 на выходах блоков 60 и 61 появляется сигнал на выходе элемента 73 на отключение первой се-кции 40 шин 110 кВ, а при наличии сигналов на выходе блока 69, выходах . , f- блоков 60 и 62

5 соответственно появляется сигнал на выходе элемента 74 на отключение второй секхщи 39 шин 110 кВ.

При КЗ на стороне 10 кВ возникают единичные сигналы на выходах бло0 ков 55 и 56, что приводит к появлению сигнала на выходе элемента 70. При наличии этого сигнала и сигналов на вьрсодах V блоков 63 и 64 появляется сигнал на выходе элемента 75 на отog ключение первой секции 43 шин .10 кВ, а при наличии сигна пов на выходе блока 70, выходах V , ( блоков 63 и 65 соответственно появляется сигнал на .выходе элемента 76 на отключение вто40 рой секции 44 шин 10 кВ.

При КЗ на линиях 33,34,37,38,41 и 42 появляются сигналы на выходах i- блоков 58.,59,61,62,64 и 65 соответственно, что приводит к пуску в

g действие резервных защит (ЗЛ),

Наиболее просто предлагаемый способ реализуется при программном выполнении защиты,

Способ может быть использован для 50 резервных защит подстанций и станций с любой схемой электрических соединений ,

55

Формула изобретения

Способ резервной защиты от короткого замыкания элекгроподстанции с трансформаторами, сборными шинами и подключенными к ним линиями электро

передачи, снабженными защитами и ши- носоединительными выключателями (ШСВ по которому измеряют на одной сторо- не любого трансформатора электропод станции величины токов, напряжений и угол между этими параметрамиt преобразуют их в величины, пропорциональные мощности и определяют положи тельньш или отрицательный знак этой мощности, сравнивают величины токов и знак мощности с заданными уставками, по результатам сравнения определяют факт короткого замыкания и формируют сигнал отключения данной сто- РОНЫ трансформатора электроподстанции, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности функционирования путем увеличения быстродействия, дополнительно изме- ряют величины токов, напряжений и углов между этими параметрами на всех других сторонах калсдого трансформатора электроподстанции определяют без вьщержки времени поврежденный трансформатор электроподстанции и действуют на его отключение, в случае наличия отрицательных знаков мощности короткого замыкания на сторонах трансформаторов электроподстанции по от- рицательнь1м знакам мощности короткого замыкания всех трансформаторов электроподстанции определяют поврежденную сторону электроподстанции, затем дополнительно измеряют на поврежденной стороне электроподстанции токи, напрг ения и углы между этими параметрами во всех линиях электропередачи и ШСВ, выявляют знак мощности короткого замыкания в указанных элементах электроподстанции, в случае отрицательного знака мощности короткого замь1кания всех элементов данных сборных шин определяют без выдержки времени поврежденные сборные шины и действуют на отключение выключателей

тора электроподстанции, выявляют знак мощности короткого замыкания на каж- 25 этих сборных шин в том числе ШСВ, в дои стороне каждого трансформатора случае положительного знака мощности электроподстанции, в случае положи- короткого замыкания в одной из упомя- тельных знаков мощности короткого за- нутых линий электропередачи формиру- мыкания на всех сторонах трансформа- ют сигнал на пуск защит данной линии.

J3

тора электроподстанции определяют без вьщержки времени поврежденный трансформатор электроподстанции и действуют на его отключение, в случае наличия отрицательных знаков мощности короткого замыкания на сторонах трансформаторов электроподстанции по от- рицательнь1м знакам мощности короткого замыкания всех трансформаторов электроподстанции определяют поврежденную сторону электроподстанции, затем дополнительно измеряют на поврежденной стороне электроподстанции токи, напрг ения и углы между этими параметрами во всех линиях электропередачи и ШСВ, выявляют знак мощности короткого замыкания в указанных элементах электроподстанции, в случае отрицательного знака мощности короткого замь1кания всех элементов данных сборных шин определяют без выдержки времени поврежденные сборные шины и действуют на отключение выключателей

этих сборных шин в том числе ШСВ, в случае положительного знака мощности короткого замыкания в одной из упомя- нутых линий электропередачи формиру- ют сигнал на пуск защит данной линии.

I3V

I/C

Фиг.З

Нвылодан

/t

.

к выходам т

Изобретение относится к области электротехники, в частности к резервированию защиты подстанции, электроэнергетических систем и электроэнергетических объектов. Цель изобретения - повышение надежности функционирования путем увеличения быстродействия. Устройство резервной защиты подстанции содержит измерительные органы тока и напряжения, установленные на всех сторонах автотрансформатора (трансформатора), измерительные Органы тока и органы направления мощности обратной и нулевой последова- тельностей, установленные на сторонах высшего (среднего) напряжения автотрансформатора. Новым в устройстве является то, что в нем дополнительно установлен пусковой орган, дополнительно установлены на всех сторонах автотрансформаторов (трансформаторов) , на отходящих линиях и в цепях секционных (шиносоединительных) выключателей измерительные органы сопротивления двухстороннего, действия, органы тока и направления мощности двухстороннего действия обратной и нулевой последовательностей, логические элементы НЕ, ИЛИ, И. Устройство может быть использовано для резервной защиты подстанций и станций с любой схемой коммутации. 4 ил. (Л 00 4 СО 4: Х СО

Редактор Н.Лазаренко

Составитель Л.Корнеева Техред Л.Сердюкова

Заказ 4832/53Тираж 617Подписное

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

Корректор И. Муска