Многофазный измерительный орган для дистанционной защиты линий электропередач от несимметричных коротких замыканий на землю Советский патент 1988 года по МПК H02H3/40 

4: О СЛ

о со

00

Изобретение относится к электроэнергетике, а именно к релейной защите и автоматике энергосистем. Цель изобретения состоит в расширении функциональных возможностей, повышении чувствительности и быстродействия. Цель достигается путем введения в измерительный орган шести сумматоров (3, 4), которые формируют электрические величины, пропорциональные активным и реактивным составляющим электрических величин, равных произведению компенсированных фазных напряжений на ток нулевой последовательности, и множительных блоков 2, 6, 7. 3 ил. (О (Л

Uon 3

Изобретение отиоеится к электроэнергетике, а имешю к релейной занхите и автоматике энергосистемы, и предназначено д;1я дистанцнонной :5ан1иты ;1иний элект|)онере- дач от несимметричных коротких замыканий на землю.

Цель изобретения - раен1ирение функ- ци()на;11 ных возможностей, новьпиение чув- ствительноети и селективности.

На фиг. 1 изображеиа функниональная ехема устройства; на фиг. 2 1 ранич1Из е .линии, характеризую иие уе. 1овия срабалыва- ния; на ()иг. 3 -- характеристика многофазного органа в комнлексиой нлоскости сонро- тив.;1ения нет;1И короткого замыкания.

Измерите;|ьиый орган содержит форми- ))1 ате;1Ь 1 сравниваемых величин, 1ме101иий восемь выходов, первые три из которых нод- к;1К)чен1)1 к первым тре.м входам HeiMsoix) и чет15ерт()1 о множите;11.ных O.IOKCJB 2, а вг()) Т)н входа - к иервым трем входам вгорого и третьего множите.чьных бс юкои 2. (Седьмой 15ьгход (|}ормировате. 1я 1 сравнивае.мых величин нодк,1К)чен к четвертым 5хода 1 iiepisoro н I peTiiero множите.льных б.юков 2, а восьмой выход - к четверт ым входам второго и четве|)то| О множ1ггельных б.локов 2. Выходы ервого множите.льиого блока 2 иодклю- чены соответст км1но к иервым .1 сумматоров Л. вторые входы кото)ых иодклю- чены еоответетвеино к выхода.м второго мно- жите.льног о б,лока 2. Вых(.) третьего мно- жите,ль |О1 о б.лока 2 иодк.лючены к иервы.м входам сумматоров 4, вторые ходы которых подключены к выходам четвертого множи- те.льного блока 2. Выходы сумматоров 3 нод- к.лючены к нервым входам комгшраторов 5, нричем выход первого сумматора 3 иодклю- чен к нервым входам нервого и четвертого KOMiiapaTopoii 5, выход второго сум.мато- ра 3 к нервым входам второго и нятого комнараторов 5, выход третьего сумматора 3 к иервым входам третьего и HiecToro компараторов 5.

ГЗыходы су.мматоров 4 нодк-лючены к вторым входам компараторов 5 через множи- тельн1 1е б,.локи 6 и 7. Причем выход иерво1 о су.мматора 4 нодк„чючеи через множительный блок 6 к второму входу нервого ком пара- тора 5 и через множительный блок 7 к второму входу четвертого ко.мнаратора 5. Выход второго сумматора 4 подключен через множительный блок 6 к второму входу второго компаратора 5 и через множительный блок 7 к второму входу нятого комиаратора 5. Выход третьего сумматора 4 подключен через множительн1 1Й блок 6 к второму входу третье1 о компаратора 5 и через множительный б.лок 6 к второму входу шеетого ком- lapaTOpa 5. Выходы первого, второго и третьего ко.миараторов 5 подключеиы к иервы.м вхо.аам соол ветственио первого, второго и третьего логических элементов ИЛИ 8, к вто- ры.м входам которых соответственно подключены выходы четвертого, нятого и нестого

0

5

компараторов 5. Выходы .логических элемен- гов ИЛИ 8 подк.лючепы к входам логического эле.мента И 9.

Измерите,лы1ый оргаи работает следую- пшм образом.

На входы формировате.ля 1 сравниваемых ве.личип подаются ортогональные (активная и реактивная) состав,ляю1цие фазных токов и нанряжений фаз А, В. С и тока нулевой пое.ледовательности /о, но.лученных с но.мо1пью ана.логовой или цифрО1 ой фильт- paiuui ()азн1;1х токов и нанряжений защи- ишемой .ли1П1и. Из активных /., и « и реак- тиви1 г Uf, соел авляющих входных токов и 11аи|)яжеиий на нервом, втором, третьем и восьмом В1,1ходах ()ормирователя I с()авни- ваем1 1х ве.личин ()ор 1Ируются соответственно е.лодук)ни1е активн1 1е состав.ляюп1.ие ко.м- иеисировапных ())азных нанряжений фаз А, В и ( и тока .левой пос.ледователыюсти:

64 L «. / у1/Я5 +kios ) + Xy( }

0

. -R U , U R,

( ее +liios -r-Xy(is +liio .

-Xy(ic -f/г;„«. );

у v ae

(( cs +kios

5

0

,

I OS

где /., и Л

/15 r s5

активная и реактивная со- составляюи1ие сопротивления уставки,

а на чел вертом, иято.м, 1нестом и седьмом выходах формирователя 1 сравниваемых величии формируются реактивные состав- ляюии1е соответственно компенсированных фазных нанряжений фаз А, В, С и тока ну- ,левой последовательности

(JfR UM. -Ry((ii, U U -Ry (ig + kio)Xy (/35 U, L cn--А у(/« + /г/,«,)-A-yf/ cj );

35

i

V 3( AR. + aL- ojк перво.му, второму и третьему входа.м нервого множительно|-о блока 2 подводятся

активные составляюи1ие UL , ill

UL

ком0 пенсированных фазных напряжений, а к четвертому входу - реактивная составляющая /оя тока нулевой последовательноети. Множительные блоки 2 производят умножение величин, подводимых к первым тре.м входа.м, на ве. шчину, подводимую к четверто.му входу.

5 При этом на нервом, втором и третьем выходах первого множительного блока 2 формируют еоответетвенно сигналы, равные произведению активной соетавляющей компенсированных фазных напряжений и реактивной составляюндей тока нулевой поеледователь- ноети.

Каждый из еумматоров 3 из величины, подводимой к первому входу, вычитает величину, подводимую к второму входу. При это.м г на выходах первого, второго и третьего еу.м- маторов 3 формируются сигналы, описываемые соответственно следуюпдими выражениями:

0

:ii ty/isiot-t/ii-i«;

Е.,2( .-ic,;(I)

.43 L/c:i J os.- CA es

Каждый из сумматоров 4 формирует на выходе сигнал, пропорциональный сумме величин, подводимых к его входам. При этом на выходах первого, второго и третьего сум- маторовЧ формируются соответственно следующие сигналы:

E -Ui + t/ift- oft;

E,,,(2)

ЕП Ut:. (,

Множительные блоки 6 выполняют умножение входного сигнала 4 по (2) на некоторую константу k. Такие блоки могут быть выполнены как на аналоговой, так и на цифровой элементной базе. При этом на первые входы множительных блоков 6 подаются входные сигналы 4, а на вторые входы - опорное напряжение , пропорциональное требуемой величине коэффициента k. При этом на выходе первого, второго и третьего множительных блоков 6 формируют соответственно следующие сигналы Ее,:

E( .

(, I 4-(3)

fi..i.

Множительные блоки 7 выполняют умножение входного сигнала 4 на некоторую константу k-i. При этом на выходе первого, второго и третьего множительных блоков 7 формируются соответственно следующие сигналы ЕТ.

.;

,-,-(4)

.

Каждый из компараторов 5 сравнивает значения величин (сигналов), подводимых к его двум входам. На выходе каждого из компараторов 5 формируется сигнал s «Лог. I, если сигнал, подводимый к первому входу, больше сигнала, подводимого к второму входу. При этом на выходах первого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого компараторов 5 формируются соответственно сигналы высокого уровня, если соответственно выполняются следующие неравенства:

илх1чк- илк (o.s - (L .i.si o.s-j- L/-iW ;/ )/21 0; (5) fy«.s ida- ty/i / « - ((y/i.s/(j.s-|- UBKiii/ )k 1 0 (6 fy .-.si -U cKtos - (U :.4.4- (K)(7)

и лчон- ( () (8) и UKKt i-f-(U ty««(«) (9) t/ . wi J.s - (t/ л/ «-|- ).

(10)

Ha выходе первого логического элемента ИЛИ 8 появляется сигнал высокого уровня «1, если выполняется одно из неравенств (6) или (8), на выходе второго логического элемента ИЛИ 8 появляется сигнал 82, если выполняется одно из неравенств (6) или (9) и на выходе третьего логического элемента ИЛИ 8 появляется сигнал 33, если выполняется одно из неравенств (7) или (10). Устройство срабатывает, если на входах

логического элемента И 9 одновременно присутствует сигнал fii, щ1 и Ецц.

Известно, что измерительный орган с условием срабатывания

с0 argb i80°(11)

,р

в комплексной плоскости сопротивления имеет характеристику в виде прямой линии, проходящей через особую точку, в которой обращается в нуль компенсированное фаз10 ное напряжение Ц. Для поврежденной фазы характеристика проходит через точку Z ,, параллельно действительной оси (прямая а, фиг. 2). Область выполнения неравенства расположена под прямой (показано штри 5 ховкой). Для поворота характеристики на угол Y (прямая б, фиг. 2) достаточно сдвинуть в (1 1) ток /II по фазе на заданный угол При этом условие (11) срабатывания органа принимает вид

20 0 arg/li 180

и

(12)

5

0

Очевидно, что условие (12) выполняется, есл и

Im(/,,e- V6 )0,(13)

где 1т - мнимая часть комплексного, числа.

Выражая в (13) комплексы /п и 0 через ортогональные составляющие и преобразовывая, получают

. - (6(р . (|«-|-L w/l ) 0(14) Неравенство (14) получено путем преобразования неравенства (12). Следовательно, в комплексной плоскости сопротивления гранитной линией неравенства (14), так же как и неравенства (12) является прямая (фиг. 2), образующая угол у с положи- тельны.м направлением действительной оси. Очевидно, что неравенство (5) получается из (14) при и Аналогично неравенства (6) и (7j получаются из (14) соответственно, при LV L e и . и i tgY. Обозначим Yi arctg i. Тогда гра- 0 ничной линией неравенства (6) при коротком замыкании на землю фазы А является прямая А (фиг. 3), образующая угол у, с положительным направлением действительной оси, а граничными линиями неравенств (6) и (7) являются прямые Bi. и С|, проходящие через особые точки Р«, А. и образующие с прямой А углы в 60°

5

5

заменой бЦ

Неравенства (8)-(10) получают из (14) р на конкретное компенсированное 50 фазное напряжение соответствующей фазы при . Обозначим Y2 arctgfe2. Тогда граничными линиями неравенств (8) - (10) являются прямые /4-2, В-2 и С2, которые пересекаются под углами в 60°, причем прямая А 2 образует с положительным направлением действительной оси угол Y2Сигнал RI на выходе первого логического элемента ИЛИ 8 (фиг. 1) появляется при выполнении одного из двух неравенств

55

(Г)) или (8). При :JTOM область комплексной п. юскости, соответствующая появлению си - нала /fxi, равна сумме областей, COOTESCTCT- вующих вы11о:1Иеиию иеравеиств (5) и (8) и ограничена двумя лучами, один из которых

является частью прямой А, з другой ,

частью прямой А-2 (на фиг. 3 выделено жир- Н1,1ми .тиниями). Аналогично области нояв- . 1СНИЯ сигна. юв f-.,- и /:«: ограничены двумя .|учами /{ и /J;), С| н С- соответственно.

УстроГкчво с|и1батывает при одновремен- 1()М ирису 1С гвии licex трех сигналов Ек, Кх- и /; s.; на кходп.х логического элемента И 9 ((JHii. 1). При чгом ()6. iacTb срабатывания устройства в комн.тексной нлоскости яв;1яет- си ooiiieii частью областей, соответствующих нояв.1ени1) сигналов Ях|, х2, Ен: и ограничена нкч тью ;1учами А. А- и В, В , С и C-j (фиг. 3).

Изменяя коэффициенты k и /г в блоках 6 и 7 умножения, можно раздельно регулиро- luiTb ю.южение граничны.х линий А, В С, и /1,, П-,, С,.

Разде;|ьн()е ре1 у. 1ирование граничных линий расн1иряет функциональные возможности устройства, унро1ная раздельное регу- .1ир()вание чувствите:1ьности к переходным сопротивлениям (прямая С-) и селективности при внен)них коротких за.мыкапиях, особенно при направлении тока нагрузки от тин в .тинию (прямая А).

Формула изобретения

Мног офазный измерительный орган д;1я .чистанционной защиты „тинйй электропередач от несимметричных коротких замыканий на зе.м, 1ю, содержаншй блок формирования сравниваемых ве.чичин с выводами для нод- ключения к защинхаемой линии, множительные блоки, шесть комнараторов, .логический э.чемент И нервый и логический элемент ИЛИ., отличающийся тем, что, с целью рае 11ирения функп.ионалыП)1Х возможностей и повьиле- пия чувствительности, в него дополните.чьно введены шесть сумматоров и второй и третий логические элементы ИЛИ, а блок формирования сравниваемых величин выполнен в виде формирователя ортогональных составляющих компенсированных фазных напряжений и тока ну;1евой последовательности, причем нервый, второй и третий выходы бло- ка формирования сравниваемых величин подключены соответственно к первому, второму и третьему входам первого и четвертого множительных блоков, четвертый, пятый и шестой выходы блока формирования сравO ниваемых величин подключены соответственно к первому, второму и третьему входам второго и третьег о множительных блоков, седьмой выход блока формирования сравниваемых величин подключен к четвертым

с входам первого и третьего множительных блоков, восьмой выход блока формирования сравниваемых величин подключен к четвертым входа.м второго и четвертого множительных блоков, каждый из трех выходов первого множительного блока подключен

0 соответственно к первым входам первого, второго и третьего сумматоров, вторые входы которых подключены соответственно к нервому, второ.му и третьему выходам второ- 14) множите:1ьного блока, каждый из трех выходов третьего множительного блока подключен соответственно к первым входам четвертого, пятого и шестого сумматоров, вторые входы которых подключены соответственно к первому, второму и -ретьему выходам четвертого- множительного блока, выходы первого, второго и третьего сумматоров подключены соответственно к первым входам нервого и четвертого, второго и пятого, третьего и шестого комнараторов, вторые входы которых через соответствующие множительные блоки нодклкэчены к выходам соответственно четвертого, пятого и шестого сумматоров, выходы первого, второго и третьего комнараторов подключены к первым входам соответственно первого, вторО1Ч) и третьего логических элементов ИЛИ, выходы четвертого, пятого и шестого ко.мпараторов

0 подключены соответственно к вторым входам элементов ИЛИ, выходы которых подключены к входам элемента И.

5

0

5

Фиг. 2

Фи.Ъ