Способ фиксации расстояний до мест коротких замыканий для сети с изолированной нейтралью и устройство для его осуществления Советский патент 1990 года по МПК G01R31/08 

Изобретение относится к электроэнергетике в части методов и средств для обнаружения мест повреждения на линиях электропередачи по параметрам аварийного режима и может быть использовано для определения мест двойных замыканий на землю, происходящих как на одной линии, так и на разных линиях, отходящих от обшей системы шин.

Целью изобретения является повышение точности и достоверности фиксации расстояний до мест двойных замыканий на землю путем устранения влияния тока нагрузки линий и обеспечения правильной фиксации поврежденных линий, а следовательно, и выбора правильных измеряемых параметров расчета расстояния до мест замыкания.

На чертеже представлена схема устройства, реализующего способ фиксации расстояний до мест коротких за- мыканий. „

Сущность способа заключается в том, что для определения реактивного сопротивления поврежденного участка линии, пропорционального расстоянию до места повреждения, формируют векторные значения разности аварийных токов контролируемых фаз и токов нагрузки и вычисляют отношения реактив ной составляющей фазного напряжения поврежденных фаз либо реактивной составляющей линейного напряжения межд поврежденными фазами к полученной векторной разности, причем выбор того или другого варианта отношений и соответствующих коэффициентов пропорциональности определяется в зависимости от связи между моментом по- явления напряжения нулевой последовательности и моментом включения вы соковольтного выключателя.

Способ обеспечивает реализацию следующего соотношения: lK,UkSintf|

Л

Л

где К,К - коэффициенты пропорциональности;

1 - вектор полного тока ли- нии при коротком замыка

, нии;

1ц вектор тока нагрузки в доаварийном режиме;

U к - напряжение, пропорцио- нальное расстоянию до места короткого замыкания: линейное напряжение между поврежденными фазами в режимах двухфазного короткого замыкания и двойного замыкания на землю на одной ли- нии, напряжение поврежденной фазы при двойном замыкании на землю на разных линиях.

Устройство содержит блок 1 измерения тока линии, ключ 2, частотный полосовой фильтр 3, первый сумматор 4, ключ 5, частотный полосовой фильтр 6, настроенный, как и фильтр 3 на частоту пропускания 50 Гц, второй сумматор 7, избиратель 8 токов по- врожденных фаз, ключ 9, элемент 10 памяти тока (интегратор), блок 11 де ления, блок 12 отсчета интервала вреQ« Q 5

о

5

0 5

0 5

мени, пропорционального реактивному сопротивлению поврежденного участка, блок 13 долговременной памяти,блок 14 индикации, блок 15 управления, логическую схему ИЛИ 16, датчик 17 положения выключателя (сигнальные блок- контакты выключателя), первый блок 18 ограничения длительности импульса, ло1 .гическую схему И 19 совпадения, инвер- , тор 20, логическую схему И 21 совпадения ( блок 22 максимального напряжения нулевой последовательности, второй блок 23 ограничения длительности импульсов, избиратель 24 напряжения поврежденных фаз, формирователь 25 реактивной составляющей напряжения, ключ 26, элемент 27 памяти напряжения (интегратор), пусковой орган 28 фазы А, логическую схему И 29 совпадения, блок 30 отсчета времени интегрирования, пусковой орган 31 фазы С, блок 32 времени отстройки от действия циклов автоматического повторного включения (АПВ). I

При этом входы блока 1 измерения

тока подключаются к вторичным токовым цепям фаз А и С присоединения, на которых установлено устройство, а его выходы подключены к первым входам сумматоров 4 и 7 и через ключи 2 и 5 и высокодобротные частотные фильтры (50 Гц) - к вторым входам этих же сумматоров, выходы сумматоров подключены к входам избирателя 8 токов поврежденных фаз. Напряжения фаз А, В, С , U6o, Uco подаются на входы избирателя 24 напряжений поврежденных фаз и к входам блока 22 максимального напряжения нулевой последовательности, выход последнего подключен к блоку 23 ограничения длительности импульсов, к схеме И 21, к входу второго блока 18 ограничения длительности импульсов подключен выход датчика 17 положения выключателя, выходы блоков 18 и 23 подключены к схеме И 19 и через инвертор 20 - к схеме И 21, выход которой подключен к управляющему входу избирателя 24 напряжений поврежденных фаз, выход которого подключен к входу формирователя 25 реактивной составляющей напряжения, управляющий вход которого подключен к выходу избирателя 8 токов поврежденных фаз, выхода указанного избирателя и формирователя 25 „ реактивной составляющей напряжения чеч рез ключи 9 и 26 подключены к входам

элементов 10 и 27 памяти тока и напряжения, выходы которых подключены к входам блока 11 деления, к выходу которого последовательно подключены блок 12 отсчета, блок 13 долговременной памяти и блок 14 индикации, входы блока 15 управления, состоящего из пусковых органов 28, 31 фаз А и С,- схемы И 29, блока 30 отсчета времени интегрирования и блока 32 времени отстройки от действия АПВ, подключены к выходам блока 1 измерения тока, а выходы блока 15 управления - к управляющим входам ключей 2,5 и 9,26, а также к первому входу схемы ИЛИ 16, второй вход которой подключен к выходу схемы И 19, а выход - к управляющему входу блока 13 долговременной памяти.

Устройство работает следующим образом.

На выходах блока 1 измерения тока формируются напряжения, пропорциональные токам в фазе А и С линии К 1д, KZIC. Высокодобротные частотные фильтры 3 и 6 служат для кратковременного запоминания (на время пс- рядка 2-3 периодов напряжения частот 50 Гц) амплитуды и фазы входного тока нагрузки доаварийного режима. На их выходах формируются напряжения, пропорциональные токам нагрузки в фазах В и С линии Кг1дн, К21СН. Сумматоры 4 и 7 служат для формирования в режиме короткого замыкания напряжений, пропорциональных разности векторов полных токов в фззах А и С при коротком замыкании () и ректоров токов нагрузки в этих же фазах в доаварийном режиме (К 1ц) т.е. соответственно напряжений

и,

КАЯО и

V MV ZHC

IA 2 КЯ НА

Избиратель 8 токов поврежденных фаз обеспечивает выделение на выходе напряжений, пропорциональных токам поврежденных фаз (йгд или Й1с) или их разности (Utft- UIC) в зависимости от вида повреждения.

Элементы 17-21 служат для выявления режима двойного замыкания на землю и определения его вида - замыкани на одной линии или на разных линиях, присоединенных к одной секции шин подстанции.

На выходе схемы И 19 сигнал логической единицы А1 формируется при выполнении условий

5

0

А1 В1 и;, В1

где В - импульс заданной длительности на выходе блока 18, сформированный при включении выключателя;

UQ - импульс заданной длительности на выходе блока 23, сформированный при срабатывании органа максимального напряжения нулевой последовательности.

Указанные условия выполняются при возникновении режима двойного замыкания на землю на одной линии. В этом случае сигналом логической единицы на выходе схемы ИЛИ 16 подается команда на разрешение записи информации в блок 13 памяти до истечения времени отстройки от действия АПВ.

Сигнал логической единицы А2 на выходе схемы И 21 появляется при выполнении условия

25

А2 В

Т1 ТТ ь о ио

30

35

где UQ - сигнал логической единицы на выходе блока 22 максимального напряжения нулевой последовательности, появляющейся при его срабатывании.

Указанные условия выполняются в режиме двойного замыкания на землю разных линиях. В этом случае сигналом А2 на управляющем входе избирателя 24 подается команда на подключение к выходу избирателя напряжения поврежденной фазы.

Избиратель 24 напряжений поврежденных фаз обеспечивает выделение на выходе напряжения,пропорционального рас- 40 стоянию до места короткого замыкания U к линейных напряжений между поврежденными фазами при всех видах междуфазных коротких замыканий и двойном замыкании на землю на одной линии или 45 напряжения поврежденной фазы в режиме двойного замыкания на землю на разных линиях. Формирователь 25 служит для выделения реактивной составляющей выходного напряжения избирателя U sinL|. 50 Элементы 10 и 27 служат для кратковременного запоминания выходного напряжения избирателя тока поврежденных фаз | 1ц)| и выходного напряжения формирователя 25 |К,ГК sincf).

Блок 11 деления формирует на выходе интервал времени, пропорциональный отношению выходных напряжений, которые и определяют реактивное сопротивление поврежденного участка линии

55

Af.y iKjUKsintfJ

TV П - т M Л 1K2(IIC

Отсчет этого интервала времени,запоминание его величины и ее индикация выполняются элементами 12-14. При это блок индикаций отражает информацию о величине Хд непосредственно в километрах для алюминиевых и сталеалюминиевы проводов различных марок.

В исходном состоянии пусковые органы устройства не сработаны, ключи 9 и 26 отключены, напряжения на

выходах интеграторов равны нулю.При возникновении короткого замыкания срабатывают пусковые органы устройства в фазах А (28)или С (31) или оба органа в зависимости от вида по- вреждения, а также блок 15 управления, который управляет работой изби- рателей 8 и 24 и ключей 2,5 и 9,26. Ключи 2 и 5 размыкаются, при этом на выходе сумматоров 4 и 7 формируются напряжения, пропорциональные разности полных токов при коротком замыка- нии и токов нагрузки доавариш ого режима Uj. , U соответственно. Одно из указанных напряжений или их разность в зависимости от вида повреждения выделяются на выходе избирате- ля 8. На выходе избирателя 24 при этом выделяется линейное напряжение между поврежденными фазами при отсутствии сигнала А2 или напряжение поврежденной фазы при наличии сигнала А2 на выходе схемы 21. При первом замере в случаях всех видов двойных замыканий на землю на выходе схемы И 21 появляется сигнал логической единицы А2,/так как имеет место срабатывания органа 22 максимального напряжения нулевой последовательности при наличии сигнала логической единицы на выходе инвертора 20 (так как выключатель включен, отсутствует импульс на выходе формирователя 18, сигнал на выходе схемы 19 равен логическому нулю).

Ключи 9 и 26 осуществляют коммутации в цепи интегратора: они замыка- ются по истечении времени порядка 0,04 с после срабатывания пусковых органов с целью отстройки от апериодической составляющей в токе и напряжении линии и удерживаются в замк- нутом состоянии в течение времени порядка 0,06 с таким образом, чтобы обеспечить запоминание интеграторами напряжений, пропорциональных току и

реактивной составляющей напряжения, до отключения выключателя линии от действия защиты. После размыкания ключей 9 и 26 выходные напряжения интеграторов подаются на входы преобразователя 11, на выходе которого формируется интервал времени, пропорциональный реактивному сопротивлению поврежденного участка линии, который отсчитывается блоком 12. Запоминание отсчитанного значения fit . Хд блоком 13 долговременной памяти происходит после появления сигнала разрешени записи на его управляющем входе, т.е. после истечения времени действия циклов АПВ выключателей линии и появления сигнала логической единицы на выходе схемы И 19. В случае возникновения режима двойного замыкания на землю на одной линии после первого повторного включения выключателя на выходе схемы И 19 появляется сигнал логической единицы А1, а на выходе схемы И 21 - сигнал логического нуля. При этом на выходе избирателя 24 напряжений выделяется напряжение поврежденной фазы, а на выходе схемы ИЛИ 16 появляется сигнал логической единицы, обеспечивая разрешение работы блока 13 памяти.

Таким образом, обеспечивается правильный замер величины X. при всех видах повреждений.

При всех видах коротких замыканий на выходе избирателя токов устанавливается напряжение, пропорциональное Ku(ifl- Ic), а на выходе избирателя напряжений К(1Д- Uc) независимо от наличия или отсутствия сигнала управления А2.

При двухфазных коротких замыканиях между фазами АВ или ВС на выходе избирателя токов формируются соответственно напряжения или (-К,1С), а на выходе избирателя напряжений UA - ив

соответственно К

или

К

U a- Ue

2

При двойном замыкании на землю на разных линиях на выходе избирателя 8 устанавливается напряжение К.1д при повреждении на линии, к которой подключено устройство, фазы А или (-К,1С) при повреждении фазы С.

Таким образом, способ и устройство обеспечивают выполнение правильного замера при всех видах коротких замыканий, включая двойные замыкания на землю без использования фильтров тока нулевой последовательности. Поэтому предложенные решения могут быть использованы во всех случаях выполнения устройств релейной защиты и автоматики, реагирующих на величину сопротив ления поврежденного участка, в распределительных сетях на линиях, оборудованных двумя трансформаторами тока. При этом не требуется установка дополнительного оборудования - трансформаторов тока на объекте.

Формула изобретения

1. Способ фиксации расстояний до мест коротких замыканий для сети с изолированной нейтралью, основанный на измерении токов линии, выделении токов поврежденных фаз и их запоминании, выделении реактивной составляющей линейного напряжения между поврежденными фазами и ее запоминании, преобразовании отношения указанных запоминаемых величин в интервал времени, пропорциональный величине реактивного сопротивления поврежденного участка линии, отсчета величины этого интервала времени, его длительном запоминании и индикации при условии истечения к моменту возникновения аварийного( режима времени подготовки, отсчитываемого от момента предыдущей фиксации расстояния и превышающего время циклов, автоматического повторного включения, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности и достоверности фиксации линии и расстояний при двойных замыканиях на землю, дополнительно запоминают амплитуду и фазу тока нагрузки в каждой из контролируемых фаз линии в до- аварийном режиме, векторно вычитают его из тока собственной фазы в момент наступления режима короткого замыкания, указанные векторные разности используют в качестве исходных токов для формирования токов поврежденных фаз, дополнительно из контролируемых напряжений выделяют составляющую нулевой последовательности, в момент возникновения составляющей нулевой последовательности в контролируемых напряжениях и в момент включения выкоковольтного выключателя формируют импульсы ограниченной длительности, по отсутствию совпадения кото0

5

0

5

0

5

0

5

0

рых во времени при наличии напряжения нулевой последовательности в контролируемых напряжениях линии выявляют режим двойного замыкания на землю на разных линиях, переходят в этом случае от формирования реактивной ляюшей линейного напряжения между поврежденными фазами к формированию реактивной составляющей фг-зного напряжения повреждаемой фазы и формируют соответствующий этому режиму коэффициент пропорциональности в цепях напряжения, а по совпадению во времени указанных импульсов выявляют режим двойного замыкания на землю на одной линии и независимо от прохождения времени подготовки непосредственно после наступления аварийного режима осуществляют длительное запоминание и индикацию величины интервала времени,пропорционального реактивному сопротивлению поврежденного участка линии, для определения которого использована реактивная составляющая линейного напряжения между поврежденными фазами.

2. Устройство фиксации расстояний до мест коротких замыканий в сети с изолированной нейтралью, содержащее блок измерения токов линии, избиратель токов поврежденных фаз с присоединенными к его выходу последовательно ключем и элементом памяти тока, избиратель напряжений поврежденных фаз с присоединенными к его выходу последовательно формирователем реактивной составляющей напряжения, ключом и элементом памяти напряжения, блок деления с последовательно присоединенными к его выходу блоками отсчета интервала времени, долговременной памяти и индикации, а также блок управления, входы которого присоединены к выходам блока измерения токов линии, первый выход - к управляющим входам ключей в цепи запоминающих элементов тока и напряжения, причем к входам избирателя напряжений поврежденных фаз подводятся напряжения фаз А, В и С, управляющий вход формирователя реактивной составляющей напряжения присоединен к выходу избирателя токов, а входы органа деления - к выходам запоминающих элементов тока и напряже

ния.

отличающее ся

тем.

что, с целью повышения точности и достоверности фиксации поврежденнной линии и расстояний до мест двойного замыкания на землю дополнительно введены первый и второй частотные фильтры с ключами на входе, первый и второй сумматоры, датчик положения высоковольтного выключателя, первый и второй, блоки ограничения длительности импульса, первая и вторая логические схемы совпадения, инвертор и логическая схема ИЛИ, причем сигнальные входы ключей, установленных на входах первого HJQ второго частотных фильтров, присоединены соответственно к выходам фаз А и С блока измерения тока линии, их управляющие входы объединены и присоединены к третьему входу блока jc управления, инвертирующие выходы первого и второго частотных фильтров присоединены к первым входам соответственно первого и второго сумматоров, вторые входы которых присоединены со- 20 ответственно к выходам фаз А и С блока измерения тока линии, а к выходам присоединены соответствующие входы избирателя поврежденных фаз, к выходу датчика положения высоковольтного выключателя последовательно присоединены первый блок ограничения длительности импульса, первый вход первой логической схемы совпадения, к выходу блока максимального напряжения нулевой последовательности последовательно присоединены второй блок ограничения длительности импульса и второй вход первой логический схемы совпадения, к выходу которой последовательно присоединены инвертор и первый вход второй логиче ской схемы совпадения, второй вход которой присоединен к выходу блока максимального напряжения нулевой последовательности, а выход - к входу изменения режима избирателя напряжений поврежденных фаз, первый вход логической схемы ИЛИ присоединен к выходу первой логической схемы совпадения, ее второй вход присоединен к второму выходу блока управления,а выход - к входу разрешат ния записи блока долговременной памяти.

Изобретение может быть использовано для обнаружения мест повреждения на линиях, входящих в состав распределительной сети с изолированной нейтралью, при всех видах короткого замыкания, включая двойные замыкания на землю, без использования фильтров тока нулевой последовательности. Цель изобретения - повышение точности и достоверности фиксации расстояний до мест двойных замыканий на землю. Для определения реактивного сопротивления поврежденного участка линии, пропорционального расстоянию до места замыкания, формируются векторные значения разности аварийных токов контролируемых фаз и токов нагрузки и вычисляются отношения реактивной составляющей фазного напряжения поврежденных фаз либо реактивной составляющей линейного напряжения между поврежденными фазами к полученной векторной разности, причем выбор того или другого варианта отношений и соответствующих коэффициентов пропорциональности определяется в зависимости от связи между моментом появления напряжения нулевой последовательности (U 0) и моментом включения высоковольтного выключателя. Устройство, реализующее способ, позволяет выявить режим двойного замыкания на землю и его вид на одной или разных линиях без использования фильтров тока нулевой последовательности. Запоминание амплитуды и фазы токов нагрузки в доаварийном режиме осуществляется с помощью высокодобротных частотных фильтров. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

г з