Устройство для определения сопротивления до места однофазного короткого замыкания на землю линии электропередачи Советский патент 1988 года по МПК G01R31/08 

(21)4236004/24-21

(22)24.03,87

(46) 23.10.88. Бкхп. № 39

(71)Уфимский нефтяной институт

(72)В.А.Шабанов, А.-С.С.Саухатас и Х.Ф.Ахуньянов

(53)621.317.333.4(088.8)

(56) Фабрикант В.Л. Дистанционная защита: Учебное пособие д.пя вузов. М.: Высшая школа, 1978.

Авторское свидетельство СССР № 1249598, кл. G 01 R 31/08, 1984,

(54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ДО МЕСТА ОДНОФАЗНОГО КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

(57) Изобретение относится к элек- тротех1И1ке и может использоваться в автоматике и релейной защите энергосистем. Целью изобретения является повышение точности измерения сопротивления при однофазных коротких замыканиях на землю через переходное сопротивление посредством исключения влияния величины этого сопротивления. Измерительный преобразователь 1 напряжений линии формирует напряжение, пропорциональные фазным напряжерптям линии. Измерительный преобразователь 5 токов личии формирует напряжения, пропор1и1ональные токам в линии, которые умножаются в цифроаналоговых преобразоватенях 4.1-4.3 на напряжете

(Л

4 со к .( ю оо

иИя, эквивалентные .цифровому коду, постуттающему со счетчика 7. В пороговых блоках 2.1-2.3 происходит срав- нйние напряжений с цифроаналоговых преобразователей 4, с иапряже- иНями измерительного преобразовате- пщ 1 напряжений В результате в ре- гр:стре 8 памяти происходит запомина- Hii е цифрового кода с выхода счетчи- Ко 7, соответствующего момекту сра- б тывания пороговых блоков 2.1-2.6„

Введение в устройство делителей 3.1-3,35 пороговых блоков 2.4-2.6, избирателя 13 особой фазы позволяет сравнивать напряжения с выхода измерительного преобразователя 5 тока с частью выходньгх напряжений измерительного преобразователя напряжений 1S что дает возможность уменьшить влияние переходного сопротивления в точке замыкания на результат измерений, 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике j более конкретно к автоматике и релейной защите энергосистем.

Цель изобретения - повышение точ- н| ст:-: измерения сопротивления при од- нЬфазных коротких замыканиях на землю через переходное сопротивление путем исютючекия влияния величин это- гф сопротивления/

I На фиг Л изображена функ1; -5ональ- нфя схема устройства; на фиг„2 - се- М1 йстзо характеристик устройства в комплексной плоскости сопротивления,

Устройство содержит измерительный д|1еобразователь 1 напряжения линии, первый, второй и третий выходы кото- р|)го непосредственно подключены к первым входам первого, второго и тре- т:ьего пороговых блоков 2,1-2.3 соответственно j а к первым входам четвер тЬгОэ пятого и шестого пороговых бло™ к|эв 2,4-2,6 - через соответствующие делители 3.1 -3,35 вторые входы первого., второго и третьего пороговых блоков 2,1-2,3 подключены к выходам первого, второго и третьего цифро- аналоговых преобразователей 4,1-4.3 соответственноэ а вторые входы четвертого, пятого и шестого пороговых блоков подключены соответственно к первому, второму и третьему выходам измерительного преобразователя 5 токов, четвертый выход которого через фррмирователь 6 импульсов подключен К; входу установки в О счетчика 7, а певвый, второй и третий выходы подключены квходам опорных напряжений .nepBorOj второго и третьего цифроана логовьж преобразователей 4,1-4,3 со

0

0

0

5

ответственно, выходы счетчика 7 подключены к цифровым входам цифроаналоговых преобразователей 4.1-4.3, а также к входу регистра 8 памяти, к вьпсоду которого подключены последовательно соединенные дешифратор 9 и блок 10 индикации.

К тактовому входу регистра 8 памяти подключен выход логического элемента ИЛИ 11, входы которого подключены к выходам соответственно первого, второго и третьего логических злементов И 12.1-12,3. Первые входы первого, второго и третьего логических злементов И 12.1-12.3 подключены соответственно к выходам первого, второго и третьего пороговых блоков 2.1-2.3, вторые входы второго и третьего логических элементов И 12.2 и 12,3 подключены к выходу четвертого порогового блока 2.4, второй вход первого и третий вход третьего элементов И 12.1 и 12,3 подключены к выходу пятого порогового блока 2.5, третьи входы первого и второго злементов И 12.1 и 12.3 подключены к выходу шестого порогового блока 2,6. Четвертые входы элементов И 12.1-12.3 подключены соответственно к первому, второму и третьему выходам избирателя 13 особой фазы. Вход Сброс регистра 8 памяти подключен к выходу пускового блока 14, который подключен также к управляющему входу ключа 15, Вход ключа 15 подключен к выходу генератора 16 тактовых импульсов, а выход ключа 15 подключен к входу счетчика 7.

синхроблока 2, а на информационный - сигнал Uj, На первом выходе регистра 16 получается сдвинутый на Т/2 относительно 1) сигнал Ug,no фронту и спаду которого на формирователе 17 формируются короткие импульсы U, а затем задерживаются на элементе 20 задержки (g) Последовательность импульсов U,Q поступает на установочный ю вход счетчика 23. Сигналы с второго выхода счетчика 23 (Ц) и формирователя 17 (Ua) поступают на входы элемента И 12, на выходе которого получается последовательность импульсов 15 Uji. Эта последовательность сформирована по концам интервалов длительностью 1,5 Т, за исключением первого импульса этой последовательности сигнала U

Последовательности импульсов формиро вателя 12 (игд ) поступают на входы элемента И 27, на выходе которого по лучается последовательность U . Сиг нал с четвертого выхода счетчика 25 (Ujf) и последовательность импульсов с формирователя 19 (U) поступают н входы элемента И 28, на выходе котор го получается последовательность

Таким образом, на выходе элементов И 26-28 получаются соответственн последовательности импульсов, сформи рованных по концам интервалов сигналов и, длительностью 1,5Т; IT и 2Т, за исключением первого импульса посл довательности, сформированной по кон цам интервалов длительностью 2Т. Все шесть последовательностей импульсов с элементов И 11-13 и 26-28 (U7,U,2, и, , фиг.2 и Ujg, и , Ujg , фиг.З) объединяются попарно и группируются в зависимости от величины задержки н элементах 2-2И-2ШШ-НЕ 30 и 31 ,

Сигнал на втором выходе регистра 16 20 сдвига (и 15 ) сдвинут на величину Т относительно сигнала и.По фронту и спаду сигнала формирователем 18 формируется последовательность импульсов и 14 которая задерживается злемен-25 2-2-2И-ЗИЛИ-НЕ 32, И-НЕ 33 и ЗА на том 21 задержки (Ujg ). Эта последова- пять групп. Появление импульсов на тельность поступает на установочный вход счетчика 24. Сигнал с второго инверсного (U(6 ) и третьего (U;,-j ) выходов счетчика 24, а также последова- 30 тельность и,4 поступают на входы элемента И 13, на выходе которого получается последовательность импульсов Ujj. Эта последовательность, за исключением первого импульса, представляет со- -jg ли в сигнале 1 есть интервалы дли- бой последовательность импульсов,сфор- тельностью 21, следующие за интерва- мированных по концам интервалов длительностью IT сигнала U,j.Сигнал с четвертого выхода регистра 16 ( )

каком-либо из пяти перечисленных эле ментов в общем случае означает, что интервал длительностью i в сигнале и следует за интервалом длительностью j (i может быть равно j).

На выходе элемента 2-2И-2ИЛИ-НЕ 3 импульсы появляются в том случае, ее

сдвинут на величину 21 относительно сигнала Uj,. По фронту и спаду сигнала с помощью формирователя 19 формируется последовательность импульсов , которая задерживается элементом 22 (и, ) задержки. Последовательность и. поступает на установочный вход счетчика 25.

лами 1,5Т () или интервалы длител ностью 1,5Т, следующие за интервалами длительностью IT ( ) . .На выходе

40 элемента 2-2И-2ИЛИ-НЕ 31 импульсы по являются, если интервалы длительностью IT.следуют за интервалами длительностью 1,5Т (и,,) или интервал длительностью ,5Т следует за интерв

45 лами длительностью 2Т (U). На выхо де элемента 2-2-2И-ЗИЛИ-НЕ 32 импуль сы появляются в случае, если два интервала длительностью IT (в данном случае таких интервалов нет) или

На фиг.З представлены сигналы на выходах счетчика 25: на втором , на втором инверсном ,на третьем Oj и на четвертом , Сигнал U с второго выхода счетчика 25 и последовательность импульсов Uio с выхода формирователя 19 поступают на входы элемента И 26, на выходе которого получается последовательность U. Сигналы с второго инверсного () и третьего (U24) выходов счетчика 25 и

Последовательности импульсов формирователя 12 (игд ) поступают на входы элемента И 27, на выходе которого получается последовательность U . Сигнал с четвертого выхода счетчика 25 (Ujf) и последовательность импульсов с формирователя 19 (U) поступают на входы элемента И 28, на выходе которого получается последовательность ,

Таким образом, на выходе элементов И 26-28 получаются соответственно последовательности импульсов, сформированных по концам интервалов сигналов и, длительностью 1,5Т; IT и 2Т, за исключением первого импульса последовательности, сформированной по концам интервалов длительностью 2Т. Все шесть последовательностей импульсов с элементов И 11-13 и 26-28 (U7,U,2, и, , фиг.2 и Ujg, и , Ujg , фиг.З) объединяются попарно и группируются в зависимости от величины задержки на элементах 2-2И-2ШШ-НЕ 30 и 31 ,

2-2-2И-ЗИЛИ-НЕ 32, И-НЕ 33 и ЗА на пять групп. Появление импульсов на ли в сигнале 1 есть интервалы дли- тельностью 21, следующие за интерва-

2-2-2И-ЗИЛИ-НЕ 32, И-НЕ 33 и ЗА на пять групп. Появление импульсов на ли в сигнале 1 есть интервалы дли- тельностью 21, следующие за интерва-

каком-либо из пяти перечисленных элементов в общем случае означает, что интервал длительностью i в сигнале и следует за интервалом длительностью j (i может быть равно j).

На выходе элемента 2-2И-2ИЛИ-НЕ 30 импульсы появляются в том случае, ее-2025 2-2-2И-ЗИЛИ-НЕ 32, И-НЕ 33 и ЗА на пять групп. Появление импульсов на 30 -jg ли в сигнале 1 есть интервалы дли- тельностью 21, следующие за интерва-

лами 1,5Т () или интервалы длительностью 1,5Т, следующие за интервалами длительностью IT ( ) . .На выходе

40 элемента 2-2И-2ИЛИ-НЕ 31 импульсы появляются, если интервалы длительностью IT.следуют за интервалами длительностью 1,5Т (и,,) или интервал длительностью ,5Т следует за интерва45 лами длительностью 2Т (U). На выходе элемента 2-2-2И-ЗИЛИ-НЕ 32 импульсы появляются в случае, если два интервала длительностью IT (в данном случае таких интервалов нет) или

50 1,5Т (и) или 2Т (в данном случае таких интервалов нет). На выходе с элемента И-НЕ 33 появляются импульсы, если интервалы длительностью IT еле- . дуют за интервалами длительностью

55 2т (в данном случае таких интервалов нет), На выходе элемента И-НЕ 34 импульсы появляются,, если интервалы длительностью 2Т следуют за интервалами длительностью IT (и54). Импульсы

,и

задерживаются в блоке задержек на величину д.1, (1 ,) , импульсы Ujj- на величину ), импульсы и 31 величину U Ьз(и,7 ), импульсы с элемента И-НЕ 33 - на величину Д t (в данном случае отсутст- |вуют) , а импульсы с элемента И-НЕ ЗА |Проходят на элемент И 29 без задерж- |ки. Таким образом, на выходе элемен- |та И 29 получается последователь- |ность импульсов , а на выходе счёт JHoro триггера 14 - сигнал Ujg , который поступает на вход блока 15 записи i Нулевой величине задержки соответ- ствует последовательность с длитель- 1ностями 2т-IT (интервал длительностью IT следует за интервалом длительностью 2Т),т.е. максимальному уменьше- Kvao интервала длительностью IT. В

ию интервала длительностью случае интервалов с одинаковой длительностью, следующих друг за другом задержка имеет среднюю величину. Максимальной по величине задержке соответствует последовательность с дли- 1тельностями 1Т-2Т (интервал длительностью 2Т следует за интервалом длительностью IT), т.е. максимальному увеличению интервала длительностью 2Т. Для удобства рассмотрения формирования величин предыскажений считают, что для интервалов, длительность которых остается без изменения (одинаковые по длительности, следующие под- |ряд), величина задержки равна нулю, интервалы, длительность которых должна быть уменьшена, имеют отрицатель- :ную величину задержки (соответствует здвигу перепада сигнала записи влево) |а интервалы, длительность которых Должна быть увеличена, будут иметь роложительную величину задержки (со- |ответствует сдвигу перепада сигнала ;записи вправо) .

Таким образом, вводятся четыре величины предыскажений: минус й с , минус д-сГ, , йС, и A LJ ( лГ,, по модулю больше ) . Алгоритмы формирования предыскажений в виде временных сигналов пере тадов сигнала записи относительно их номинальных положений в сигнале указан в таблице,

Сигнал записи, сформированный в соответствии с данным алгоритмом, показан на временной диаграмме ,

Блок задержки работает следующим образом.

После включения питания на выходах элементов И-НЕ 37-40, на входах RS

триггеров 51-54 устанавливается уровень логической единицы, на выходах триггеров - уровень логического нуля. Импульсы с генератора 41 начинают поступать на счетный вход счетчика 42, В процессе записи информации с элементов 30-33 на входы блока задержек начинают поступать короткие импульсы, каждый из которых устанавливает один из триггеров в состояние логической единшдш и любой из них обнуляет счет чик 42, Работа блока задержек анализирована на примере формирования одной из задержек, формирования остальных происходят аналогично. Если короткий импульс пришел с выхода элемента 30, т,е, в сигнале U , интервал длительностью 2Т следует за интервалом длительностью ,5Т или интервал длительностью 1,5Т следует за интервалом длительностью IT, Этот импульс поступает на входы элемента и инвертора A3. По срезу этого импульса обнуляется счетчик 42 и с некоторой задержки триггер 51 устанавливается в состояние логической единицы. Инверторы 43 и 44 выполняют функцию элемента задержки, так как при их от

сутствии триггер 51 устанавливается в состояние логической единицы раньше, чем обнулится счетчик 42, что может привести к появлению ложных импульсов на выходе элемента И-НЕ 37, После обнуления счетчика 42 и установки триггера 51 в состояние логической единицы через время t, , определяемое временным набором на втором входе элемента И-НЕ 37 (условно показан один вход), на его выходе появится импульс, который устанавливает триггер 51 в состояние логического нуля. Этот же импульс через элемент И 29 поступает на вход счетного тригге- ра 14, Таким образом происходит задержка перепада сигнала записи относительно его номинального положения в сигнале Uj,

Формупа изобретения

Устройство для цифровой магнитной записи, содержащее синхроблок и последовательно .соединенные модулятор, формирователь, первый элемент задержки и первьй четырехразрядный двоичный счетчик, счетный вход которого соединен с выходом задержанных импульсов удвоенной тактовой частоты синхтивления при коротком замыкании на землю фазы А (фиг.-2).

В соответствии с указанным процессом функционирования цифроанало- говые преобразователи 4 умножают напряжения Uj-, Ujg, Ujp, пропорциональные токам фаз линии, на изменяющееся содержание счетчика 7, Допу- . стим, что на счетчик поступает п-й импульс. Тогда условия (4), (8) и (9), выполнение которых необходимо для срабатывания устройства при коротком замыкании на землю фазы А, можно соответственно записать в виде

и.

nU

IA

3f, -У т

ГВ

(10)

и,

NU

1C

Учитьтая, что выполнение условий (10) проверяется лишь в момент налимирователя 6 импульсов, т.е. лишь при пере24:оде тока 1р через О от положительных значений к отрицательным, условия (10) можно представить в виде

О arg MJ nUid.

J-n

чия короткого импульса на выходе фор- 25 (13) и (14) не зависит от содержимого

п счетчика 7. Эти линии проходят через фиксированные точки, соответственно Z о и ZQ, в которых обращаются в нуль числители в выражениях под

30 знаком аргумента неравенства (13) и (14).соответственно. При изменении коэффициента N делителей 3 точки Z и Zj .перемещаются по прямым NZ „ и NZ соответственно (фиг.2).

35 Область срабатывания устройства, т.е. область, соответствующая одновременному вьтолнению всех трех неравенств (12)-(14), расположена внутри треугольника образованными пере40 мещающейся прямой А и фиксированными прямыми В и С. Устройство срабатьша- ет, если при коротком замыкании на землю фазы А сопротивление

О arg

О : arg

и 6 - NUiB 1о

У с - ll

(11)

Подставляя в (11) вместо U

и

IA

IB tc значения из (1), получают соответственно

. argl -S2llJ-i-5I«)..ir; (

in

О arg

Ue - NZ(J6 + К1о

/ ; (13)

arg

Uc - NZ(I с + KIo)

---.

If

(14)

В комплексной плоскости сопротивления граничной линией каждого из неравенств (12)-(14) являются прямые

14324288

линии А, в и с соответственно (без учета влияния токов нагрузки или качаний), которые показаны на фиг.2.

Граничная линия А неравенства (12) проходит горизонтально через точку

Z nZ ,(15)

в которой обращается в нуль числитель выражения (12) под знаком аргумента.

При изменяющемся числе тактовых импульсов п точка Z перемещается вдоль защищаемой линии (по линии nZ на фиг.2, где Z Z при п 1; Zд 2Z при п 2; Zд mZ при ). При этом граничная линия А также перемещается, охватывая все большую часть индуктивного сопротивления за- щищаемйй линии.

Положение граничной линии В неравенства (13) и граничной линии С неравенства (14) в соответствии с

45

ил/(1л

К1о)

соответствующее сопротивлению петли короткого замыкания, оказывается в области срабатывания.

При металлических коротких замы- каниях

2р

Ik

где Z, - сопротивление линии электропередачи прямой последовательности до места короткого замыкания, а при замыканиях через переходное со противление R р

Z Z

IK

+ R

где R - приведенное переходное c пр|этивление5 равное переходному со- пр|этивленню R р, умноженному на от- но|пение тока в переходном сопротив- ле|1ии к току в месте установки защиты,

I На фиг.2 утолщенной линией показа.

и

ве

пр но ва

ны векторы сопротивлений Z

тоЬ К располагается в комплексной плэскости сопротивления параллельно irp

по

R

1КЭ п

точка Zp, соответствующая концу ктора Z + К.

При равенстве полных углов со- отивлений нулевой последователь- сти элементов электропередачи спри слева от точки повреждения век , I

аничной линии А (фиг.2). При первых тактовых импульсах,

:тупшощих на входы счетчика 7 с входа генератора 16 тактовых импульсов, точка располагается вне области срабатывания, устройства (вне тре- угольника со сторонами А В и С при

1; при п 2 на фиг.2 и

Ч.). По мере поступления очередных тактовых импульсов, т.е. ростом п, характеристика устройства расширяется вследствие роста значения Z

:оответствии с (15) и перемещения

вв

;рх граничной линии А..

: При некотором п m будет выпол- нейо

35

z/

1К

(16)

При этом граничная линия А проходит чере з конец вектора и область ср батьшания, охватывает точку Z,

гсАи

граничная линия С располагается правее точки Zp, как это показано на фиг.2о При этом выполняются все три неравенства (12)-(14), срабатывают соответств пощие пороговые блоки 2 на входе первого логического элемента И 12 появляются соответственно сигналы и 5 и4 и и, а на выходе логического элемента 1ШИ 11 - сигнал Лог. М. Это приводит к запоминанию в регистре 8 памяти содержимого . счетчика 7 пропорционального значению сопротивления (расстояния) до места короткого замыкания. При из- веЬтном содержимом счетчика 7 и регистра 8 памяти при срабатыва- .нии устройства сопротивление Z до места короткого замыкания можно оп

ределить, приравняв правые части вьфажений (15) и (16), откуда при получают

Ifc

mZ

(17)

Таким образом, если при коротком замыкании на землю фазы А через переходное сопротивление граничная линия С проходит правее точки Zp, то условие срабатывания устройства определяется только перемещением (расположением) граничной линии А и сопротивление Z 1« до места короткого замыкания может быть определено по содержимому m счетчика 7 в соответствии с выражением (17). Положение граничной линии С В предлагаемом устройстве определяется коэффициентом N делителей 3 (фиг.1), так как при изменении коэффициента N, т.е. при изменении произведения NZ в выражении (14), изменяется положение особой точки Zj-, которая при изменении N перемещается по прямой NZ( (фиг. 2). При этом коэффициент N делителей 3, а следовательно,, и положение особой точки Zj, можно выбрать так, что граничная линия С при любых реальных значениях переходных сопротивлений будет располагаться правее точки Zp (фиг.2) и не будет влиять на условия срабатывания.

Таким образом, в предлагаемом устройстве точность определения сопротивления до места короткого замыкания по (17) не зависит от величины переходного сопротивления, реальное предельное значение которого учтено с помощью коэффициента N.

В известном устройстве в отличие от предлагаемого от содержимого счетчика, т.е. от числа импульсов п, поступающих от тактового генератора импульсов, зависит положение не только граничной линии А, но и положение граничных линий В и С. Причем при малых значениях п область срабатывания мала и охватывает небольшие значения активных сопротивлений (характеристики при п 1 и п 2).

При изменяющемся содержимом счетчика все три граничные линии А, В и С перемещаются, характеристика устройства расширяется, охватывая все большую площадь. При некотором зна- п m граничная линия А, Taic же как и в предлагаемом устройстве,

Ul

Ut

3 иц

S Чб

7

.АЛ л оm OOP mо m о on

1

I 1

I

I

I I

I I

1 I I I

I

I I

I I и I It M 11 I 11 M I I i 11 i 11 I I I M I i I

П П

I

I

«8 w

и„

UK

«

a, %

IS

16

U,9

JIII 11 IIII

I

i I

1

II

I

1 t I

I lJ TJ LnJlJinJ JTr I LIII I

I I

i I

i

I I

I I

i i 1

I 1 I

TJTTJnJlJbnjnJlJlJnJlJ

U:

w

li .

J 1г

i I I I i I

Zf

till I I I I

II

II

I

I

I I

I

I I

II

I

1 t I

i I

i

I I

i i 1

I 1 I

ll I I

II

II