Дистанционный измерительный орган Советский патент 1990 года по МПК H02H3/40 

2

СП

го

Изобретение относится к электротехнике, а именно к дистанционным защитам линий электропередачи. Цель изобретения - повышение устойчивости функционирования. За счет дополнительно введенных формирователей напряжения 3 и 4 соответственно с прямой и с противоположной компенсацией и добавочной компенсацией поляризующим током /током, формируемым на основе токов нулевой и обратной последовательностей/ падения напряжения на активном переходном сопротивлении обеспечивается адаптация верхней и нижней границ характеристики срабатывания при изменении передаваемой по линии электропередачи мощности. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Фае.1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в дистанционных защитах линий электропередачи от несимметричных коротких за- мыканий (КЗ).

Цель изобретения - повышение устойчивости функционирования.

На фиг. 1 представлена структурная схема дистанционного измерительного органа; на фиг. 2 - формирование особых точек (вершин четырехугольника) характеристики устройства в комплексной плоскости; на фиг. 3 - характеристики устройства и сформированные напряжения при повреждении в защищаемой зоне (выполнении условий срабатывания - вгктора напряжения в разных комплексных полуплоскостях); на фиг. А - то же, при внешнем поврежде- нии (невыполнении условий срабатывания - вектора в одной комплексной полуплоскости).

Все характеристики показаны для случая отсутствия передаваемой по ли- нии мощности в доаварийном режиме.

Устройство содержит первый формирователь 1 напряжения с прямой компенсацией падения напряжения на сопротивлении линии электропередачи, второй формирователь 2 напряжения с противоположной компенсацией падения напряжения на сопротивлении линии электропередачи, третий формирователь 3 напряжения с прямой компенсацией и с до- баночной компенсацией поляризующим током падения напряжения на активном переходном сопротивлении, четвертый формирователь 4 напряжения с противоположной компенсацией и добавочной. компенсацией поляризующим током падения напряжения на активном переходном сопротивлении и элемент 5 сравнения четырех сформированных напряжений по фазе, подключенный входами к выходам формирователей 1-4.

Устройство работает следующим образом.

При однофазных КЗ на выходе формирователя 1 получают фазное напряже- ние с прямой компенсацией фазным компенсированным током (фазным током, компенсированным током нулевой последов ательности)

УФК,- yt--(i,+ , (о

где Уф - фазное напряжение; I - фазный ток;

kI0 - ток нулевой последовательности с коэффициентом компенсации;Zy, - сопротивление уставки в

прямом направлении. Полученное напряжение подаю-1 на один вход элемента 5 сравнения.

На выходе формирователя 2 получают фазное напряжение с противоположной компенсацией фазным компенсированным током (фазным током, компенсированным током нулевой последовательности)

У +

(I

i

+ kl.),

(2)

где Z - сопротивление уставки в

противоположном направлении, а остальные обозначения прежние.

Полученное напряжение подают на второй вход элемента 5 сравнения.

На выходе формирователя 3 получают фазное напряжение с прямой компенсацией фазным компенсированным током и с добавочной компенсацией поляризующим током нулевой или обратной последовательности падения напряжения на активном сопротивлении

У КЭ У Ф«1 о 1Ъ

или

УФкэ U К1 I7R

(3)

где - сопротивление-уставки в

прямом направлении вправо от сопротивления линии (фиг. 2).

Полученное напряжение подают на третий вход элемента 5 сравнения.

На выходе формирователя 4 получают фазное напряжение с противоположной компенсацией фазным компенсированным током и с добавочной компенсацией поляризующим током нулевой или обрат- ндй последовательности падения напряжения на активном сопротивлении

или

УФК4 aRy

УФК4 4RV, ,

(4)

где R у4 - сопротивление уставки в

противоположном направлении вправо от сопротивления линии.

Полученное напряжение подводят к четвертому входу элемента 5 сравнения .

Таким образец на входы элемента 5 сравнения по фазе поступают четыре напряжения уфк1 , У„К2, и уфк4.

При одновременном выполнении четырех условий срабатывания

О 6 arg () - 180°;

0 arg (y«,K,/y,k4) « 180°; О arg (Уфм/уфк7) 180°; О arg ( Ј 180°,

что соответствует расположению векторов в различных комплексных полуплоскостях, происходит срабатывание и на выходе элемента 5 сравнения появляется сигнал. Причем каждое из условий 20 (5) определяет местоположение одной из границ характеристики срабатывания в комплексной плоскости: соответственно верхней, правой, нижней, левой (фиг. 3 и 4).25

Кроме того, при двухфазных КЗ на Сигнал на выходе устройства появ- землю на выходе формирователя 1 полу- ляется при одновременном выполнении чают линейное напряжение с прямой условий компенсацией разностью соответствую- зо щих фазных токов

О arg (UAk./U

л э 180°;

УЛК1

Ул - 1л

Ул 1л

Ь.

линейное напряжение; разность соответствующих фазных токов; сопротивление уставки в прямом направлении.

Поляризующий ток получают как сумму тока обратной последовательности особой фазы, умноженного на фазовый оператор j, и тока нулевой последовательности, умноженного на фазовый оператор j, и коэффициент .kT, IftJ + где k

находится как полови+ - nt

на деления коэффициентов токораспре- деления для схем замещения нулевой и обратной последовательностей.

На выходе формирователя 2 получают линейное напряжение с противоположной компенсацией разностью соответствующих фазных токов

Улм

Ул + .

(7)

Остальные преобразования и работа устройства идентичны случаю однофаз

ног о КЗ с учетом того, что на выходе Формирователя 3 получают линейное напряжение с прямой компенсацией разностью соответствующих фазных токов и с добавочной компенсацией указанной полчризуюшей суммой тока обратной по- С1едовательности особой фазы и тока нулевой последовательности падения напряжения на активном сопротивлении

У„«

Улк, - (Ь,- + ЬоЛтЖуэ

2/

Т

(8)

а на выходе формирователя 4 получают линейное напряжение с противоположной компенсацией разностью соответствующих фазных токов и с добавочной компенсацией указанной поляризующей суммой тока обратной последовательности особой фазы и тока нулевой последовательности падения напряжения на активном сопротивлении

УЛК4

Удк1- (3Uj + ie/k,

(9)

Сигнал на выходе устройства тся при одновременном выпол овий

О arg (UAk./U

л э 180°;

35

О « arg (УЛКЭ/иАК4)4180°; О Ј arg (УЛК,/УЛК1) М80°; О 4 arg (илк /улк1) |80.

(Ю)

40

45

JJQ

55

Функционирование устройства поясняют также изображенные на фиг. 2-4 векторные диаграммы. На фиг. 2 показано формирование особых точек характеристики (вершин четырехугольника) на основе падений напряжений на соответствующих сопротиспениях. Так же показаны векторы замеряемого дистанционным органом напряжения U для двух различных случаев. Разность между этими напряжениями и векторами, характер из уюпшми месторасположение особых точек, представляет собой сформированные согласно выражениям (1) - (4) или (6) - (9) векторы компенсированных напряжений. На фиг. 3 представлены эти векторы при выполнении условий (5) или СЮ) а на фиг. 4 - те же векторы при невыполнении указанных условий. В приведенном случае, когда в доаварийном режиме отсутствует передаваемая по линии мощность, ток I и поляризуюший ток I совпадают по углу (например, при однофазном К31 310н1 „) что позволя- ет рассматривать показанные на фиг. 3 и 4 характеристики срабатывания защиты как представленные в комплексной плоскости сопротивления (после деления напряжений на ток I).

В случае передачи по линии электропередачи мощности правая, верхняя и нижняя границы характеристики соответствующим образом адаптируются (самоперестраиваются) по отношению к значениям передаваемой мощности, чем обеспечивается повышение устойчивости функционирования при КЗ чере переходные сопротивления.

Докажем, что данный дистанционный орган обладает высокой устойчивостью функционирования (имеет небольшое количество излишних срабатываний и отказов) не только при отсутствии передаваемой по линии мощности в до- аварийном режиме, но сохраняет также эти показатели независимо от параметров режима и сети. Для этого покажем что формируемые по выражениям (1) - (4) или (6) - (9) напряжения не зави сят от параметров режима и сети.

При однофазных КЗ фазное напряжение поврежденной фазы равно

У (Ь+ М

к

(II)

Z к - сопротивление линии электропередачи до места КЗ;

Rn - переходное сопротивление в

месте КЗ; 40

1К - ток, протекающий через переходное сопротивление. Так как при однофазных КЗ

1к

3 I ок

3

(12) 45

I - ток нулевой последовательности, протекающий через переходное сопротивление;

10 - ток нулевой последователь- CQ ностИ, протекающий в месте установки защиты;

ko - коэффициент токораспределе- ния, аргумент которого близок к нулю arg ku#0, выражение (11) принимает вид

55

( e)Zfc+ Iu3k0Rn. (13)

л основании (13) при введении сопротивлений уставок получаем следующие зависимости: при Z к Z, и R 0 - выражение (1 );

при выражение (2); при Z K Z V1 и 3 k0Pn R У3 - выражение (3); при Z „ Z г и 3 k0R R V4 - выражение (4).

Так как зависимость (13) правомерна при любых параметрах режима и сети, то формируемые по выражениям (1)- (4) напряжения также от этих параметров не зависят.

В месте КЗ токи нулевой и обратной последовательности равны I ок I , что позволяет выражение (12) представить в виде 1К 3kala. Отсюда следует, что вместо поляризующего тока I 0 в выражениях (3) и (4) может быть использован поляризующий ток I г.

Кроме того, при двухфазных КЗ на землю линейное напряжение поврежденных фаз равно

Ул IAZH+ Rnl

П±ц

(14)

где используемые обозначения прежние. Выражая ток IK через симметричные составляющие (особая фаза А, КЗ между фазами В и С), имеем

35

Ik (а - а)1 1К + (а - а4)

1К

где а IL - 120°;

а IL 120° - фазовые операторы;I in соответственно прямой

-- 1 К - L К

и обратной последовательностей, протекающие через переходное сопротивление. При двухфазном КЗ на землю

IIK + I ц+ он °Совместное решение последних двух уравнений позволяет найти

1К (а - аЪ(2 11Ц+ 10ц)

j (2 , -н keI0)

2/3 k (I4j + I0jkT). (15)

где arg k4 arg k0 -A 0, a k T /2

При этом выражение (14) принимает вид

Ул (itj+ OJ.kT)2r3 k R

Щ

Выражение (16) по форме идентично выражению (13) и все связанное правомерно и в этом случае.

Таким образом, данный дистанционный орган обладает высокой устойчивостью функционирования (имеет небольшое число излишних срабатываний и отказов) при любых параметрах режима и сети.

Его применение позволит уменьшить количество излишних отключений линий электропередачи, что приведет к уменьшению ущерба.

формула изобретения

I. Дистанционный измерительный орган, содержащий четыре формирователя сравниваемых величин, входы которых подключены к выходу измерительных трансформаторов напряжения и тока, а выходы формирователей сравниваемых величин подключены к входам элемента сравнения по фазе, при этом первый формирователь сравниваемой величины выполнен в виде йюриирователя напряжения с прямой коул°.нсэцией падения напряжения на со ;;. ьтивлении линии электропередачи, а второй формирователь выполнен в виде формирователя напряжения с противоположной компенсацией падения напряжения на сопротивлении линии электропередачи, отличающийся тем, что, с целью повышения устойчивости функционирования, третий формирователь сравниваемой величины выполнен в виде формирователя напряжения с прямой компенсацией и с добавочной .компенсацией поляризующим током падения напряжения на активном переход

.)10

ном сопротивлении в месте повреждения, а четвертый формирователь сравниваемой величины, выполнен в виде формирователя напряжения с противоположной компенсацией и с добавочной компенсацией поляризующим током падении напряжения на активном переходном сопротивлении.

Ю 2. Измерительный орган по п. 1, отличающийся тем, что формирователи напряжения с прямой и противоположной компенсацией выполнены в виде формирователей фазных

15 напряжений с прямой и противоположной компенсацией полным током фазы и током нулевой последовательности падения напряжения на сопротивлении линии электропередачи, а формирователи

20 напряжения с прямой и противоположной компенсацией и с добавочной компенсацией поляризующим током выполнены в виде соответствующих формирователей с добавочной компенсацией

25 током нулевой последовательности падения напряжения на активном переходном сопротивлении.

30 формирователи напряжения с прямой и противоположной компенсацией выполнены в виде формирователей линейных напряжений с прямой и противоположной компенсацией разностью соответствую35 пгих фазных токов падения напряжения на сопротивлении линии электропередачи, а формирователи напряжения с прямой и противоположной компенсацией и с добавочной компенсацией поляриэую40 ним током выполнены в виде соответствующих формирователей с добавочной компенсацией суммой токов обратной и нулевой последовательностей падения напряжения на активном сопротивлении

45 ДУГИ.

фиеЛ