Устройство дистанционной защиты трехфазных сетей от однофазных коротких замыканий на землю Советский патент 1988 года по МПК H02H3/38 

СА 00 00 О5

Изобретение относится к электроэнергетике, а именно к релейной защите трехфазных линий электропередач от несимметричных коротких замыканий

Цель изобретения повышение се лективности при внешних коротких замыканиях на землю.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 - харак- теристика (область срабатывания) устройства в комплексной плоскости сопротивлер1ия петли коротког о замыкания при однофазном замьп ании на землю фазы А.

Устройство содержит блок 1 формирования компенсированных фазных напряжений и блок 2 формирова)1ия напряжения, пропорционального току нулевой последовательности, фазоповорот- ные блоки 3 соединены с блоками 4 формирования активной и реактивной составляюи1,их сопротивления, на выходе которых включены квадраторы 5,соединенные с одним из входов умножите- лей 6, к другим входам которых подключен блок 7 опорного напряже}П1я, сумматоры 8, соединенные с логическим блоком И 9,

Устройство работает следующим об- разом.

Блок 1 формирования компенсирован- }1ых данных напряжешш является входным блоком. его входы поступают фазные напряжения ид , Ug и Uc, фазные токи 1д , Ig и 1с. и ток нулевой последовательности, а на выходах формируются компенсированные напряже-

. . . / I

ния и

А

и и. согласно выражениФазоповоротные блоки 3 формируют на выходах напряжения , IL , U и IJo , пропорциональные соответственно напряжениям Од , 0 , 0 и и , но сдвинутые относительно них на 90 эл. град., т.е. напряжения на выходах первого, второго, треаьего и четвертого фазоповоротных блоков 3 описываются соответственно уравнениями

(3)

(4)

90

где е - оператор сдвига напряжения.

Синусоидальные напряжения 0 и и сдвинуты относительно друг друга на 90 эл.град., т.е. мгновенные значения напряжений Ид и 0 являются ортогональными составляющими компенсированного фазного напряжения U.

Аналогично напряжения U. и Оп . uJ ;,| Л , I а о -- с u о являются ортогональными составляющими напряжений Ug, и и тока нулевой последовательности 1о соответственно.

Блоки 4 формирования активных и реактивных составляющих сопротивления формируют выходные напряжения (сигналы), обозначим их через и Х согласно выражениям:

и. , ui + ul Jo

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к релейной защите и автоматике энергосистем. Цель изобретения - повышение селективности при внешних коротких замыканиях. В условиях расхождения по фазе эквивалентных ЭДС определяют активные и реактивные составляющие трех сопротивлений. Каждое из них пропорционально отношению компенсированного фазного напряжения к току нулевой последовательности. Затем фиксируют одновременное нахождение найденных активных и реактивных сопротивлений в заданной области комплексной плоскости сопротивления. 2 ил. «е (Л

и. ид - Z(I, + kl J; UB з - Z.,(I, + klj; Ьс U - Zy(l + kij,

(1)

где Zj - сопротивление уставки;

k - коэффициент компенсации.

На вход блока 3 формирования нап- , пропорционального току нуле- Q вой последовательности, поступает ток нулево1( последовательности (, , а на выходе формируется напряжение U ,про-- порционаиьное току нулевой последовательности 55

(2)

где n - коэффициент пропорциональное и .

X.

(5)

где индекс ф (фаза) должен быть заменен на А, В или С для первого, второго и третьего блоков 4 формирования активных и реактивных составляющих сопротивлеш1Я соответственно.

Напряжения (сигналы) Кд и Х, К и В с ч с| вычисляемые по выражениям (5), пропорциональные ортогональным составляющим (активной R и реактивной Хс ) отношений 0 /U , Ug /Ui, и U(; / Jo соответственно, или с учетом выражения (2) - ортогональным составляющим комплексных сопротивлений Z , 7.3 и Zc, соответствующих отношениям - С

соответственно, т.е. комплексные ротивления

и

и.

г. -I - г. ;

,, .

принимают вид

. + JX, ; Z R

JX.

(7)

Каждый из сигналов R., через квадратор 5 поступает на первый вход умножителей 6, на другой вход которых поступает опорное напряжение U отрицательной полярности с выхода блока 7 опорного напряжения. При этом напряжение U на выходе умножителей 6 равно

Ц

0/7

R

f

или

Ux

-ПН,

(8) (У)

где

t(f

п - коэффициент, пропорциональный величине опорного напря жения Don на выходе блока 7 опорного напряжения; ф - наименование фазы. Напряжение Uc, с выхода умножите лей 6 и напряжения (сигналы) Х с вторых выходов блоков 4 формирования активных и реактивных составляющих сопротивления поступают на вхояы сумматоров 8, который из напряжения

и,

f

вычитает напряжение

напряжение 8 равно

и.

Ц

«

на выходе

-nR - Х„

tcf - - л

с выходов сумматоров 8 вA й и Ugj; подаются логического блока У..

На выходе логического блока 9 (на выходе устройства) появляется сигнал (устройство срабатывает , если одновременно на всех трех входах появляются положительные напряжения U ,

т.е., как это следует из (Ю), если одновременно выполняются неравенства ,1

nR,

ХдЛО,nR + Х 10;

nR -1- .(II)

При отсутствии коротких замыканий на землю отсутствует ток нулевой пос- ледовательности „ на выходе устройства, отсутствуют напряжения U.

и

и„

и устройство не работает.

10

15

20

25

30

35

40

45

50

-

55

При коротких замыканиях на землю в линии электропередачи протекают токи нулевой последовательности. При этом на входах устройства присутствуют все входные величины. Однако для срабатывания устройства необходимо, чтобы одновременно выполнялись неравенства (П). Рассмотрим условия выполнения неравенства (П), т.е. условия срабатывания устройства, в комплексной плоскости сопротивления.

Граничные линии неравенства (ll) в комплексных плоскостях сопротивлений 2,д, Zg nZc. по (7) при представляют собой симметричные параболы с вершиной, расположенной в начале координат, причем ветви парабол направлены в сторону отрицательных значений X.

В комплексной плоскости сопротивления петли короткого замыкания вершины парабол будут располагаться в особых точках, а параболы, соответствующие второму и третьему неравенствам (11 ), повернутся .вокруг вершин соответственно против и по часовой стрелке на 1 20 .

Областью срабатывания устройства будет область, ограниченная описанными тремя параболами и показанная на фиг.2 штриховкой.

Для сравнения на фиг.2 пунктирной линией показана область срабатывания . известного устройства, ограниченная прямыми линиями и, в частном случае, представляющая правильный треугольник.

Известно, что угол селективности, т.е. предельные углы расхождения эквивалентных ЭДС, при котором дистанционная защита правильно функционирует, не может быть меньше углов fnpeA. и Лр ед ,которые образованы прямой 10 и касательной к граничной линии 11. Из фиг.2 видно, что селективность предлагаемого устройства вьш1е, чем известного, причем при замыканиях через переходное сопротивление, при удалении точки 2л от прямой 10,селективность защиты в отличие от известного устройства дополнительно повышается вследствие увеличения кривизны кривой 11 по мере удаления от точки 12. У известного устройства граничная линия 11 имеет вид прямой 13, проходящей через точку 12 (показана пунктиром на фиг,12). При этом при

внешних замыканиях через переходное сопротивление углы селективности « известного устройства (углы между прямой 10 и прямой 13) меньше, т.е. селективность хуже, чем у предлагаемого устройства. Таким образом, при положительном значении коэффициента пропорциональности п повышается селективность защиты.

Путем изменения величины коэффициента пропорциональности п в выражении (у) можно регулировать кривизну граничных линий на фиг.2, а следовательно и селективность защиты.

При отрицательном коэффициенте п в выражении (У) изменяется направление ветвей параболы в плоскости 7.д, Zg , Lf и повышается чувствительност устройства при коротких замыканиях через переходное сопротивление.

Формула изобретения Устройство дистанционной защиты

трехфазных сетей от однофазных корот-25тинной составляющих сопротивления,

Ktrx замыканий на землю, содержащеепервые выходы которых через квадратоблок формирования компенсированныхры подключены к первым входам соот-

фазных напряжений трех фаз с вьшода-ветствующих умножителей, вторые вхо-

ми для подключения к защищаемой се-ды которых подключены к выходу блока

ти, блок формирования напряжения,про зоопорного напряжения, а выходы - к

порционального току нулевой последовательности, с выходами для подключения к защищаемой сети и логический блок И, отличающееся тем, что, с целью повьшения селективности при внещних коротких замыканиях на землю, оно дополнительно содержит чеОл

iiL 1л

.

Тс

1в

98606

тыре фазоповоротных блока, три блока формирования активных и реактивных составляющих сопротивления, три квадратора, три умножителя, три сумматора и блок опорного напряжения,причем выходы блока формирования компенсированных фазных напряжений подключены непосредственно к первым входам соот-

1Q ветствующих блоков формирования активных и реактивных составляющих сопротивления, а через соответствующие фазоповоротные блоки - к вторым входам соответствующих блоков формирова ния активных и реактивных составляющих сопротивления, выход блока формирования напряжения, пропорционального току нулевой последовательности, подклю чен непосредственно к третьим

20 входам всех трех блоков формирования активной и реактивной составляющих сопротивления и через фазоповоротный блок - к четвертым входам всех трех блоков формирования активной и реак-

первым входам соответствующих сумматоров, вторые входы которых подключены к вторым выходам соответствующих блоков формирования активной и реактивной составляющих сопротивления, а выходы подключены к соответствующим входам логического блока И.

Л7

Фие,