Устройство для релейной защиты от коротких замыканий линии электропередачи в неполнофазном режиме Советский патент 1988 года по МПК H02H7/26 

Изобретение относится к электротехнике, н частности к релейной защите и автоматике линий электропередачи, на которых предусмотрено одно- фазное автоматическое повторное включение (ОАЛВ) и длительные (минутные и часовые) неполнофазные режимы.

Цель изобретения - повышение чувствительности защиты ко всем видам коротких замыканий (КЗ) на неотклю- ченньк фазах линии электропередачи.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства для релейной защиты от КЗ линии электропередачи в непол- нофазном режиме; на фиг.2 - схема релейного блока; на фиг.З - графики зависимостей параметра /j и тока в фазе В на приемной подстанции от угла электропередачи d .

Устройство для защиты линии от КЗ в неполнофазном режиме содержит включенной в линию 1, отходящую от шин подстанции 2, линейный выключатель 3, трансформаторы 4 тока, транс- форматор 5 напряжения, блок 6 появления неполнофазного режима, выполненный, например, на основе реле положения выключателя, коммутирующие блоки 7 и 8, датчики 9 и 10 актив- ной мощности, датчики 1 и 12 модулей фазных токов, реле 13 и 14 тока, реле 15 и 16 мощностей, релейный орган 17, элементы И 18-20, элемент 21 ЗАПРЕТ, элементы ИЛИ 22 и 23 и 24 реле времени. Выход логического элемента И 20 соединен с цепью отключения вьжлючателя 3.

Релейный блок 17 (фиг.2) включает два делителя, инвертор, сумматор, двухполупериодный выпрямитель, орган сравнения - компаратор.

Устройство работает следующим образом.

При отключении фазы, например, А линии 1 информация об отключении фазы А вьшлючателя 3 поступает на вход блока 6 выявления неполнофазного режима 6. Блок 6 подает сигнал на вторые входы коммутирующих блоков 7 и 8 и через реле 24 времени на первый вход элемента И 18.

Реле 24 времени имеет уставку по времени, несколько превышающую время каскадного отключения первого одно- фазного КЗ. Наличие в устройстве указанного реле обеспечивает ввод защит в ;с(ействие только после отключения поврежденной фазы с двух сторон. При

получении сигнала с выхода блока 6 комь{утирующий блок 7 подключается к фазам В и С трансформатора 5 напряжения, а коммутирующий блок 8 подключается к измерительным трансформаторам тока, установленным в фазах В и С линии. Ток ig с первого выхода коммутирующего блока 8 поступает на входы реле 13 тока и датчика 11 модулей фазных токов, а также на первый вход датчика 9 активных мощностей. Ток IP с второго выхода коммутирующего блока 8 поступает на входы реле. 14 тока и датчика 12 модулей фазных токов, а также на первый вход датчика 10 активных мощностей.

На вторые входы датчиков 9 и 10 активных мощностей поступают напряжения UB и Uc соответственно с первого и второго выходов коммутирующего блока 7.

Реле 13 и 14 тока осуществляют сравнение величин токов IB и 1 с уставкой I ус.т . Датчики 1 1 и 1 2 модулей фазных токов формируют модули фазных токов Ig и 1. Датчики 9 и 10 активных мощностей формируют сигналы пропорциональные величине и направлению фазных мощностей, соответствен но Pg и Pf-С выходов датчиков активных мощностей мощности Р и Р поступают на входы реле 15 и 16 мощности, где осуществляется сравнение их величин с установкой Р , и на втот- рые входы релейного органа 17, На первые входы указанного релейного ;органа поступают модули токов IB и IP с выходов датчиков 11 и 12 модулей фазных токов соответственно. Делитель релейного органа осуществляет деление модулей фазных токов на отвечающие им активные мощности: Ig/Pg и I(./PC« Сумматор релейного органа формирует разность Iд/Р g - я сравнивающий орган осуществляет сравнение модуля указанной разности с величиной /ь,,ет .

Параметр / представляет собой модуль разности отношений величин фазных токов к мощностям фаз, При отключении фазы А линии параметр может быть записан следующим образом

ИБ/РВ - IC/PC,

где Pg,P j.,Ig,Ij - соответственно активные мощности и модули фазных токов неотклю.ченнык фаз В и С линии. В неполнофазном режиме при отсутствии замыканий на неотключенных фазах линии отличие /5 от нуля объясняется неравенством мощностей в неповрежденных фазах линии. Указанное неравенство обусловлено индуктивными

фаз и зависит от угла расхождения

между ЭДС энергосистемы.

г

Для упрощения схемы электропередачи, включающей в себя работающую двумя фазами линию, которая соединяет две системы шин неизменного напряжения, при неучете емкостной свя

Устройство относится к электро- технике, а именно к релейной защите и автоматике линий электропередачи, , и позволяет повысить надежность работы комплекса защит и автоматики линий, на которых предусмотрены ОАПВ и длительные неполнофазные режимы. Работа устройства основана на измерении режимных параметров неповрежденных фаз, формировании сигнала, про- порционайьного разности отношений измеренных фазных величин, и сравнении уровня этого сигнала с заданной величиной. При отключении фазы линии информация о неполнофазном режиме поступает на коммутирующий блок, осуществляющий подключение соответствующих фаз линии к датчикам активных мощностей и токов. Реле тока осуществляют сравнение токов фаз и формируют модули фазных токов, датчики ак- тившлс мощностей фаз сравнивают их с уставкой. Релейный блок осуществляет деление модулей фазных токов на соответствующие активные мощности. CyhMaTop релейного блока формирует разность модулей отношения токов фаз к активным мощностям, сравнивающий орган осуществляет их сравнение с уставкой. 3 Ш1. § (Л со СХ) ел 00

и емкостными связями неповрежденных ю зи между фазами линии можно записать

1

Хфф

ХА X

1 иоЛ т Ч- ф4 ч п)

и

Ком

- номинальное напряжение

электропередачи; - угол между векторами напряжений отправной и приемной систем;

Таким образом, используя 1 при

х индуктивные сопротивления 20 малых величинах фазных мощностей Рф само- и взаимоиндукции и при больших значениях Р, можно линии.обеспечить чувствительность защиты

Видно, что / в основном определя- ко всем видам КЗ при изменении угла ется сопротивлением взаимоиндукции и (С. При отключенной, например, фазе

А линии измеряются мощности фаз Pg и PC и сравниваются с уставкой Р уст Если Р Р ст и Р с Р VCT то осуществляется сравнение /i с Если jt, Луст то на отключенных фазах

ее величина растет с увеличением угла rf .

При возникновении однофазных пов- реждений на неотключенных фазах ВЛ величина /J значительно возрастает за

счет увеличения тока в одной из фаз 30ВЛ имеется короткое замыкание. В том

при одновременном снижении мощностислучае, когда хотя бы одна из фазных

в той же фазе. При двухфазных повреж-мощностей меньше Р ст. производится

дениях (на землю и без земли) пара-сравнение токов Ig и I с с уставкой

метр /1 также значительно возрастаетI чет . Если хотя бы в одной фазе

за счет увеличения тока в обеих фазах 35I I уст то это также свидетельВЛ и за счет того, что активные мощ-ствует о наличии замыкания на неотности в обеих фазах направлены встречно. При этом разность отношений становится их суммой:

1в + 1с .

IP

IPr

Однако измерение параметра при малых значениях активных мощностей в фазах линии в неполнофазном нагрузочном режиме является технически трудно реализуемым. Если мощность по фазам ВЛ не передается, то отношение 1ф/Рф стремится к бесконечности, величину Ug/Pft - I невозможно точно измерить. Поэтому в режиме холостого хода возможны ложные срабатывания устройства, реагирующего на величину /Ь .

Режим короткого замыкания на не40 поясним с помощью фиг.З, на которой приведены зависимости величины тока в фазе В на приемной подстанции и параметров / от угла электропередачи /. Указанные зависимости опре45 делены для конкретной электропередачи, включанщей в себя магистральную линию 500 кВ длиной 360 км, работающую фазами В и С при отключенной фазе А.

Угол электропередачи « изменяется от О до 112 (предельный угол при качаниях в неполнофазном режиме). Зависимости р, в неполнофазном нагрузочном режиме ( от cf совпа50

полнофазной линии от неполнофазного дают для обеих подстанций. воз- нагрузочного режиме при малых углах растает с увеличением угла сГ , и J можно отличить по величине фазного тока 1. Из фиг.З видно, что при угпри

,112 ft , 0,8 о.е.

Принимая уставку для /i , равную

1

Хфф

ХА X

1лах : 20°, фазный ток в неполно- фазном нагрузочном режиме I днр намного меныйе фазного тока при КЗ в середине ВЛ .

Таким образом, используя 1 при

малых величинах фазных мощностей Рф и при больших значениях Р, можно обеспечить чувствительность защиты

ключенных фазах.

Выбор величин уставок Р и для предлагаемого устройства

поясним с помощью фиг.З, на которой приведены зависимости величины тока в фазе В на приемной подстанции и параметров / от угла электропередачи /. Указанные зависимости определены для конкретной электропередачи, включанщей в себя магистральную линию 500 кВ длиной 360 км, работающую фазами В и С при отключенной фазе А.

Угол электропередачи « изменяется от О до 112 (предельный угол при качаниях в неполнофазном режиме). Зависимости р, в неполнофазном нагрузочном режиме ( от cf совпа

дают для обеих подстанций. воз- растает с увеличением угла сГ , и

дают для обеих подстанций. воз- растает с увеличением угла сГ , и

при

,112 ft , 0,8 о.е.

Принимая уставку для /i , равную

- , . - 12 o.e., можно отстроиться от значений /а в неполнофазном нагрузочном режиме,

На фиг.З приведены зависимости параметра jb для отправной и приемной подстанции ( л |, и ;/} ц) при КЗ , в середине ВЛ на фазе, отстающей от отключенной, от угла сГ . Выбор указанного вида повреждения обусловлен тем, что оно характеризуется небольшим рнижением параметра /% с увеличением угла cf по сравнению с другими видами повреждений. Видно, что , и и / | | превьппают значение (ь,ст во всем диапазоне угла t/. При этом чувствительность устройства, использующего параметр /5, к указанному виду КЗ обеспечивается при всех возможных углах f с обеих сторон линии,

При угле cf , равном 12°, величины фазных мощностей в иеполнофазном нагрузочном режиме достаточно велики для расчетов параметра f , Например, на приемном конце ВЛ Р 0,567 Р,,, ,0767 Р, где PN - натуральная мощность линии. При этом наибольший ток на приемной подстанции I g Ра

КЗ в неполнофа

вен 0,3 If,, где 1 - натуральный ток линии. Указанная величина фазного тока значительно меньше фазных токов, отвечающих режимам КЗ на неотключенных фазах. Принимая Р-уст Р в Р, Ivcr l,5 1вднр 1„, можно обеспечить чувствительность устройства при малых углах cf к коротким замыканиям в неполнофазном режиме.

Для исследуемой электропередачи, работающей в неполнофазном режиме с углом f, равным 51 , произведены расчеты всех видов КЗ на неотключенных фазах магистральной ВЛ 500 кВ, При одинаковых уставках полукомплектов защит на отправной и приемной подстанциях: р ст 1 ,2 о. е., Р уст 0,567 Р, I ,45 1, определены коэффициенты чувствительности этих полукомплектов. Если мощность хотя бы одной фазы ВЛ была меньше , то коэффициент чувствительности защиты (К 4) определялся как отношение наибольшего фазного тока к . Если мощности в обеих фазах превьппали Pv«r то К4 Л/ . Результаты расчетов приведены в таблице.

режиме

Релейньш блок 17 может быть выполнен следующим образом.

Он включает в себя два делителя, инвертор, сумматор, двухполупериод- ный вьшрямитель, компаратор (фиг.2). Делители осуществляют деление модуля фазного тока 1 на соответствующую фазную мощность Рф. На входы первого делителя поступают сигнал, пропорцио нальный величине фазного тока I, с блока П и сигнал, пропорциональный фазной мощности Р с блока 9, причем полярность этого сигнала характери- зует напряжение передачи мощности ГУ. На BXOfUJ второго делителя с блоков 12 и 10 поступают сигналы, пропорциональные Ij и Р, С выхода второго делителя сигнал, пропорциональный Ij/P, поступает на вход инвер- тора, где преобразуется в сигнал . С выходов первого делителя и инвертора сигналы, пропорциональны и , поступают на входы сумматора, где происходит формирова- ние величины II/PI - . С выхода сумматора указанный сигнал поступает на вход двухполупериодного вьшрями- теля, где происходит его преобразование в сигнал положительной поляр- ности IIi/P, -Ij/P.. Этот сигнал поступает на вход компаратора, где происходит его сравнение с уставкой

СТ . Если II ,/Р , -I j/P.jl 7/р,,сТ,: то

сигнал с выхода компаратора доступа- ет на второй вход элемента И 20.

Делители могут быть выполнены в виде аналоговьк делителей на опера- ционньк усилителях (401УД2) и дифференциальном каскаде.- Симметричная структура схемы обеспечивает ее работу в двух квадрантах, что позволяет использовать ее для деления модулей фазных токов на соответствующие фазные мощности, значения которых могут быть как положительными, так и отрицательными в зависимости от направления мощностей в линии. Сумматор, инвертор, двухполупериодный выпрямитель и орган сравнения (компа ратор) также могут быть выполнены на базе операционных усилителей, это известные стандартные схемы, ,

Работу логической части устройства рассмотрим применительно к че- тырем режимам работы ВЛ 1.

Vcr

На выходе элемента И 19 появляется сигнал, поступающий на блокирующий вход элемента ЗАПРЕТ и на первый вход элемента И 20,

При этом сигнал, что ток хотя бы в одной из фаз ВЛ превышает I ст , с выхода элемента ИЛИ 22 не поступает на вход элемента ИЛИ 23, В этом режиме величина 1 - - . /4„ст поэтому ( fc

сигнал на втором входе элемента И 20, а следовательно, и на его выходе отсутствует. Сигнал на выходе элемента И 18 также отсутствует, и выключатель 3 линии 1 остается включенным двумя фазами,

3, На неотключенных фазах ВЛ воз- никает неудаленное КЗ. При этом величина мощности в одной из фаз меньше Р ст Сигналы на первом входе элемента И 20 и на блокирующем входе элемента ЗАПРЕТ отсутствуют. При неудаленном КЗ ток хотя бы в одной фазе превьшает I ,ст, Сигнал об этом с выходов реле 13 и 14 тока поступает через элементы ИЛИ 22 и ЗАПРЕТ 21 на второй вход элемента ИЛИ 23. С выхода элемента ИЛИ 23 сигнал поступает на первый вход элемента И 18, на второй вход которого поступает сигнал с блока 6 выявления неполнофаз- ного режима, через реле 24 времени, В результате на выходе элемента И 18 появляется логический сигнал и выключатель 3 линии 1 отключается тремя фазами..

VCT

. На выходе элемента И 19 появляется логический сигнал, поступающий на блокирующий вход .элемента ЗАПРЕТ и на первый вход элемента И 20. При этом сигнал, что ток зсотя бы в одной из фаз ВЛ превышает I ет , с выхода элемента ИЛИ 22 не поступает на вход элемента ИЛИ 23. На второй вход элемента И 20 поступает сигнал, что Ilg/Ppe- ,.. Логический сигнал с выхода элемента И 20 поступает на первый вход элемента ИЛИ 23, с выхода которого сигнал поступает на первый вход элемен- та И 18. При наличии на в тором входе элемента И 18 сигнала с выхода блока 6 выявления неполнофазного режима: на выходе элемента И 18 появляется логический сигнал и выключатель 3 линии 1 отключается тремя фа зами.

По принципу действия защита не является селективной. Это допустимо

при использовании защиты в цикле

ОАПВ, когда маловероятны внешние КЗ. Защита может быть также использована в длительных неполнофазных режимах линий электропередачИ5 соединяющих изолированную нагрузку с шинами станции, так как при этом внешние КЗ также маловероятны.

Эффективность изображения определяется повьш1ением надежности работы комплекса защит и.автоматики линий, на которых предусмотрены ОАПВ и длительные неполнофаз1-пз1е режимы.

Формула изобретения

Устройство для релейной защиты от коротких замыканий линии электропере- дачи в неполнофазном режиме, содержащее трансформаторы тока, предназначенные для подключения к фазам линии датчики модулей фазных токов, пер- вьй коммутирующий блок, первые входы которого связаны с трансформаторами тока лийии, блок выявления неполно

г

10 5

518410

фазного режима, вход которого предназначен для подключения к контактам реле положения выключателя, выход подключен через реле времени к первому входу первого элемента И, выход которого подключен к цепи отключения трех фаз выключателя линии, о т05

5

0

5

0

5

0

личающееся тем, что, с целью повышения чувствительности защиты ко всем видам коротких замыканий на неотключенных фазах ВЛ, дополнительно введены трансформатор напряжения линии,, второй коммутирующий блок, два датчика активной мощности, два реле тока и мощности, второй и третий элементы И, два элемента ИЛИ, элемент ЗАПРЕТ, релейный блок, при этом трансформатор напряжения предназначен для подключения к фазам линий, вторичные обмотки которого соединены с первыми входами второго коммутирующего блока, вторые входы

первого и второго коммутирующих блоков подключены к выходу блока выявления неполнофазного режима, входы первого датчика активной мощности подключены к первым выходам обоих коммутирующих блоков, а выходы второго - к вторым выходам указанных . блоков, входы двух реле тока также, как и входы двух датчиков модулей фазных токов, подключены к выходам первого коммутирующего блока, входы двух реле мощности подключены к вы- ;ходам квух датчиков активной мощ- , кости и входам релейного блока, дру 1гие входы которого подключены к выходам датчиков модулей фазных токов, к двум входам второго элемента И подключены выходы двух реле мощности, а выход второго элемента И подключен к блокирующему входу элемента ЗАПРЕТ и первому входу третьего элемента И, к второму входу которого подключен выход релейного блока, выход третьего элемента И подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, к второму входу которого через элемент ЗАПРЕТ подключен выход второго элемента ИЛИ, входы которого подключены к выходам двух реле тока, выход первого элемента ИЛИ подключен к первому входу первого элемента И.

I

На отнлючение &ынаючателя Фиг.1

ени Фи

Jt.

I

оэ

i

ii

M

у

S

K-N

I

N

Va

(о.е) В и„о„(о.е)

во

т 120 од

йО60

Фиг.З

Составитель Л.Куликова Редактор А.Огар Техред М.Дидык Корректор Г.Решетник

Заказ 1416/49 Тираж 650Подписное

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

во

т 120 од