Способ определения поврежденных фаз при несимметричных коротких замыканиях в сетях с заземленной нейтралью Советский патент 1990 года по МПК G01R31/02 G01R31/08 

Изобретение относится к контролы но-измерительной технике и может быть использовано для определения поврежденных фаз при коротких замыканиях и является усовершенствованием способа по авт.св. № 1417094,

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей.

На чертеже представлена функцио- нальная схема устройства, реализующет го предлагаемый способ.

Устройство содержит два трехфазных фильтра прямой 1 и обратной 2 последовательности, первый 3 и вто- рой 4 блоки фильтров аварийной составляющей, блок 5 инверторов, первый 6 и второй 7 блоки элементов сравнения, первый 8, второй 9 и третий 10 элементы памяти, первый 11, второй 12 и третий 13 элементы ИЛИ, первый 14, второй 15 и третий 16 элементы И, четвертый элемент ИЛИ 17, четвертый элемент И 18, элемент 19 задержки, пятый элемент ИЛИ 20Э элемент НЕ 21, первые 22 и вторые 23 выходы устройства, причем выходы фильтров 1 и 2 подключены к группам входов соответственно первого 3. и второго 4 блоков фильтров аварий- ной составляющей, группа выходов блока 3 соединена с первыми группами входов блоков 6 и 7, группа выходов блока 4 соединена с второй группой входов блока 6 и через блок 5 с второй группой входов блока 7, выходы которых соединены с первыми выходами 22 устройства, первый, второй и третий выходы блока 6 соединены с информационными входами соответственно первого 8, , второго 9 и третьего 10 элементов памяти, входы управления которых соединены с выходом пятого элемента ИЛИ 20, а выходы - с вторыми выходами устройства, выход пер- вого элемента 8 памяти подключен к первым входам первого .11 и третьего 13 элементов ИЛИ, выходы второго элемента 9 памяти соединены с вторым входом первого 11 и первым входом второго 12 элементов ИЛИ, выход третьего элемента 10 памяти соединен с вторЪгми входами второго 12 и третьего 13 элементов ИЛИ, третьи, четвертые и пятые входы которшх соединены с группой выходов блока 7,, а выходы - с первыми входами соответственно первого 14, второго 15 и третьего 16 элементов И, вторые вхо

Q

0 5 0 « 5 Q

5

ды которых соединены с выходами соответственно первого 8, второго 9 и третьего 10 элементов памяти, а выходы подсоединены соответственно к первому, второму и третьему входам четвертого элемента ИЛИ 17 выход которого соединен непосредственно с входом четвертого элемента И 18, и через элемент 19 задержки - с первым входом пятого элемента ИЛИ 20, второй вход которого соединен с вторым входом четвертого элемента И 18.

Устройство функционирует следующим образом.

В нормальном режиме работы сети аварийные составляющие прямой и обратной последовательностей на выходах блоков 3 и 4 равны нулю. Элементы сравнения фаз блоков 6 и 7 ввиду их конечной чувствительности не работают и сигналы на всех выходах устройства отсутствуют.

При возникновении однофазного к.з. в сети (например, к.з. фазы А) на пыходах блоков 3 и 4 появляются аварийные составляющие,равные

.о) в р(0 F W (4 1 9) 1 j i r ji r ji -J

а А, в, сх (о

где F .V ,F -у - значения величины F

соответственно в режиме однофазного к.з. и предшествующем нагрузочном режиме. Так как в данном режиме для особой

фазы А справедливо

р.«Ы «Ь) А гл

(2)

на соответствующем выходе А блока 6 сравнения и выходе элемента 8 памяти появляется сигнал, указывающий наименование поврежденной фазы. Сиг- нал с выхода элемента 8 с контролем срабатывания быстродействующей защиты линии воздействует на отключе- ние поврежденной фазы. По истечении времени t& после возникновения к.з. аварийные составляющие на выходах блоков 3 и 4 становятся равными нулю и сигнал на выходе А блока 6 исчезает. В случае, если к.з. происходит на защищаемой линии, после срабатывания защиты формируется сигнал Фиксация пуска ОАПВ, что обеспечивает отсутствие сигнала на входе Сброс эле51583881

ментов 8-10 памяти. В связи с этим - после исчезновения аварийных составлясоставляющих прямой и обра гной последовательностей для особой фазы А близок

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для определения поврежденных фаз при коротком замыкании. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей. Устройство для реализации способа содержит два трехфазных фильтра прямой 1 и обратной 2 последовательности, первый 3 и второй 4 блоки фильтров аварийной составляющей, блок 5 инверторов, первый 6 и второй 7 блоки элементов сравнения, элементы 8, 9 и 10 памяти, элементы ИЛИ 11, 12, 13, 17 и 20, элемент 19 задержки, элемент НЕ 21, выходные устройства 22 и 23. При возникновении однофазного короткого замыкания в сети на выходах блоков 3 и 4 формируются составляющие аварийного сигнала. 1 ил.

ющих на выходе элемента 8 памяти будет присутствовать сигнал, указывающий наименование поврежденной фазы. Если к.з. происходит за пределами защищаемой линии, то сигнал Фиксация пуска ОАПВ не формируется (защита не срабатывает), что обуславливает сброс сигнала на выходе элемента 8 памяти и возврат устройства в исходное состояние.

При одновременном отключении поврежденной фазы А линии с двух сторон (при к.з. на линии) аварийные.составляющие на выходах блоков 3 и 4 определяются в соответствии с выражением

F «Ч,

J

, (j - 1,2), (i А, В, С),

где F

(HfO

/

значение величины F в непол- нофазном режиме работы линии.

При каскадном отключении поврежденной фазы А аварийные составляющие появляются дважды и равны.

-при отключении, поврежденной фазы с второго конца. В выражениях (4) и (5) F значение величины F в режиме разрыва фазы А и ее одновременным к.з. на землю.

Можно показать, что, как при одновременном отключении поврежденной фазы А с двух сторон, так и при каскадном ее отключении, справедливо равенство (2) и устройство будет указывать на повреждение фазы А, что не изменяет его выходных сигналов. Таким образом, при возникновении однофазного к.з. на защищаемой линии и последующих коммутациях поврежденной фазы в цикле ОАПВ на одном из выходов устройства постоянно присутствует сигнал, указывающий наименование повреждающейся фазы.

При к.з. между двумя фазами В и С а также при к.з. двух фаз В и С на землю аргумент отношения аварийных

10

15

20

к 180, на одном из выходов ВС блока 7 появляется сигнал, указывающий наименование пары поврежденных Лаз. Данный сигнал с контролем срабатывания защиты линии воздействует на отключение трех фаз линии.

Рассмотрим случай перехода к.з. одной фазы А защищаемой линии в к.з. двух фаз (например, А и В) на землю.

При возникновении к.з. одной фазы А на землю на соответствующем выходе устройства появляется сигнал, указывающий наименование поврежденной фазы и запоминаемый элементом 8 памяти.

При переходе однофазного к.з. в двухфазное к.з. на землю аварийные составляющие на выходах блоков 3 и 4 определяются выражением

5

0

5

,(яЫ J

-w(Vl- р(

-F/t гл

(6)

. (ч.)

где F . - значение величины F в режиме к.з. двух Ааз на з емлю.

В рассматриваемом режиме отношение аварийных составляющих прямой и ратной последовательностей для фпы А определяется выражением

.(«Ы VIA

Slab)

FM

z;ojc(()ZjK.

z; + z

OK

)(2Z,K+ZOK

) -ZL(Z

JK

+2z;)

5

5

0

0

(7)

где Z

fx

z;

IK

OK

/

OK

сопротивление схем замещения прямой и нулевой последовательностей относительно точки однофазного к.з.; сопротивление схем замещения прямой и нулевой последовательностей относительно точки двухфазного к.з. на землю,

оператор поворота. Для чисто .реактивной схемы замещения сети и учете только общего переходного сопротивления (Rj) в месте |к.з. (пренебрежении сопротивлением дуги R л - 0) имеют

1 120

о

R } + JX1K

OK

R

S + JXOK

1583881

Z, K- jXtK 2ак 3Rj + jxOK.(8)

Подставив (8) в (7) и введя обозначения

- -

13п+1т 13п+1(2+т) + 1а 6п+11(1+2т) ,,.

I 3n+j ( Hm) 3n+j U-hn) - j (6n+Ш+2m)J

Параметр m в (10) определяется отношением сопротивлений нулевой и прямой последовательностей элементов се ти (линий, трансформаторов, систем), зависит от положения точки к.з. и в общем случае может меняться в диапа- - зоне (0,5, 5,0).

При изменении параметра m в указанном диапазоне и п от нуля (R « 0) до бесконечности (R - - со ) значение (гвЛы/Р соответствии с (10) меняется от 60 до 142 . В соответствии с фиг.З, на которой изображен указанный диапазон изменения (ЈЛ /F зоны срабатывания устройства (принято о(. 45° и jb 15°), переход к.з. фазы А в к.з. фаз А и В на землю устройство воспринимает как повреждение фаз АВ, Б или ВС.

При переходе к.з, фазы А в к.з. ( фаз А и С на землю Јд /FIA J может лежать в диапазоне (-142.-600), что воспринимается устройством как повреждение фазы С или фаз СА.

Таким образом, при переходе к.з, фазы А в двухфазное к„з, (АВ или АС) на землю в общем случае появляется сигнал на одном из выходов В,С, АВ, АС или СА устройства. При этом на выходе элемента ИЛИ 12 появляется сигнал, который в сочетании с ранее сформированным сигналом на выходе А устройства приводит к появлению сигнала на выходе элемента И 15. Это обуславливает формирование на выходе элемента И 18 сигнала на отключение трех фаз линии (сигнал Фиксация пуска ОАПВ сформирован в режиме однофазного к.з. на землю) и сброс с небольшой выдержкой времет- ни, определяемой элементом 19 задержки, выходного сигнала элемента 8 памяти (по цепи ИЛИ 17 - элемент 19 задержки - элемент ИЛИ 20).

Рассмотрим режим возникновения к.з. на неотключенной фазе В в непол нофазном режиме (с разрывом фазы А)

m

Х0,/Х1К П V

(9)

получают

цикла ОАПВ. С целью упрощения пренебрегают емкостной проводимостью линии, что позволяет-разрыв фазы А линии в двух точках (по концам линии) рассматривать как разрыв в од- - - ной точке.

Соотношение аварийных составляющих прямой и обратной последовательностей, например, в месте разрыва (место установки устройства), опре- . деляется выражением

F UY Z 1L-Zof (а+2) (Z tj.- aZjj,) Fg a Z-r-Z U HZ.

где ZJL ZJA + ZjC|i ,

Z/F Z

jcr + z

JA

Z}s ZJL + Z/F(j 0,1). 12 Для случая arg(Z )L) arg(Z OL)

arg(ZI2) arg(Z0Ј) (например, чисто реактивная схема замещения сети) при введении обозначений

35 Z.02/Zf5 хо5/х1Ј р , Z0u/Z1u

выражение (11) примет вид

(13)

С«Ь)

57«ЈГ

1УЛ

я ( (2 + I) + аЧр-Ю (14)

где параметры р и К, как и введенный -I

выше параметр т, определяются соотношением х0/х1 элементов сети и в общем случае также могут меняться в диапазоне (0,5, 5,0).

Поскольку числитель и знаменатель дроби в О 4) являются комплексно сопряженными величинами, можно записать

агвСРЙУ/ У - 120° + 2, (15)

где Ц argt(2j +l)+a(y - К)

(p- К)/(ЗР + К+2)}.

(16)

При принятых значениях параметров о и К угол / в соответствии с (16) меняется в диапазоне -42,5, 24°

Следовательно, в режиме Jj / /$ 5 может в общем случае лежать в диапазоне 35, 168 , что воспринимается устройством как повреждение фаз АВ, В или ВС.

При к.з, фазы С на землю в непол- нофазном режиме работы линии выражение для отношения аналогично (12) при взаимной перестановке в нем коэффициентов а и а , т.е. в этом случае

- 2°в-2 (17)

и лежит в диапазоне -168, -35°. Устройство в этом случае может указывать на повреждение фаз АС, С или ВС, а также фазы А. В последнем случае (выбор фазы А) устройство будет функционировать неправильно. Такое неправильное действие устройства мо- жет иметь место лишь в случае, когда параметр о принимает наименьшее, а параметр л наибольшее значение из указанного диапазона. Но так как в

суммарное сопротивление передачи Zy 30 ЩУю обратной последовательности гонт- входит составляющая Z.-L(j 01) (выражения 12 и 13) и большие значения х0/х., характерные лишь для линий, то случаи сочетания малых значений р и больших К, а следовательно, и неправильные действия устройства, практически не могут иметь место.

ролируемой электрической величины и используют ее в качестве первой сравниваемой величины, запоминают номер поврежденной фазы в режиме од- 35 нофазного короткого замыкания, фиксируют повреждение неотключенных фаз в цикле однофазного автоматического- повторного включения и формируют команду на их отключение, если знаролируемой электрической величины и используют ее в качестве первой сравниваемой величины, запоминают номер поврежденной фазы в режиме од- 35 нофазного короткого замыкания, фикси руют повреждение неотключенных фаз в цикле однофазного автоматического- повторного включения и формируют команду на их отключение, если знаПоскольку при проведенном выше

анализе положение точки разрыва (еле-40чение угла между аварийными составва или справа от точки к.з.)выбра-ляющими прямой и обратной последоно произвольно и не влияет на значе-вательностей контролируемой электриние токов в ветвях схемы замещения,ческой величины для отключенной фазы

то выражение для отношения аварийных составляющих прямой и обратной

10

2025

8388Г10

последовательностей на втором конце линии будет аналогично (14) с той лишь разницей, что параметр К при этом определяется как К ZOF/ZtF. Следовательно, диапазоны изменения агйГР /Г, на втором конце линии

L ZLn iU«

в рассматриваемом случае в общем случае совпадают с указанными

Таким образом, при возникновении к.з. на неотключенных фазах (В или С) в неполнофазном режиме цикла ОАПВ появляется сигнал на одном из выходов В, С, АВ, ВС или АС устройст- 15 ва-и, как и в рассмотренном ранее режиме, формируется сигнал на отключение трех фаз и на сброс (с выдержкой времени) выходного сигнала элемента 8 памяти.

Формула изобретения

Способ определения поврежденных фаз при несимметричных коротких замыканиях в сетях с заземленной нейтралью по авт. св. К 1417094, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, выделяют аварийную составляюЩУю обратной последовательности гонт-

ролируемой электрической величины и используют ее в качестве первой сравниваемой величины, запоминают номер поврежденной фазы в режиме од- нофазного короткого замыкания, фиксируют повреждение неотключенных фаз в цикле однофазного автоматического- повторного включения и формируют команду на их отключение, если зна45

находится за пределами первого заданного диапазона.