Способ блокировки действия защит и автоматики смежных участков при неполнофазных режимах линий электропередачи переменного тока Советский патент 1991 года по МПК H02H7/28 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к релейной защите и предназ начается для блокирования срабатывания устройств защиты и автоматики смежных присоединений от токов неполнофазного режима работы на линии электропередачи переменного тока

Целью изобретения является повышение селективности и чувствительности действия блокировки, а такжз расширение области использования при плановом переводе линии электропередачи переменного тока в неполнофазный режим

На фиг. 1 приведены векторные диаграммы отвечающие однофазному короткому замыканию (КЗ), неполнофазному режиму и двухфазным КЗ на землю на фиг 2 - схема электропередачи в которой

исследовано испол1 зование спогибэ бюкг ровки, на фиг 3 - запнсимости п г - л углов 0 между векторами i ,1 нулевой последовательности p,ii i-t г лов у между векторами то ти, i а .п сч i довательности и опорного nanpq csiq от места КЗ на линии электропередач (Вп) на фиг 4 - блок-схема устройства р апизую щего дачный способ

Осуществление непопнофазн го i и ма на линиях предполагается при н тли in на ВЛ устойчивых однофазны поврпжде- ний

Пугть на ли ии электропрргд1чи СПИ произошло однофазное КЗ (С ) например на фазе А На фиг 1 а изобрч i.etn векторная диаграмма, отвечающая этому режиму оки обратной 2 и нулевой lo последов .тельноо

,ю о со ,о о

стей находятся в фазе и составляют некоторый угол р с вектором опорного напряжения 0.

Возможны следующие варианты развития аварии.

Сохранение режима 1C . В этом случае в между векторами h и о не меняется, но с течением времени вектора токов будут поворачиваться относительно опорного напряжения О из-за разворота ЭДС генераторов, вызванного электромеханическим переходным процессом. Выполняя функции дальнего резервирования, релейная защита примыкающих присоединений должна действовать на отключение своих выключателей.

Переход однофазного КЗ в неполнофаз- ный режим. Поврежденная фаза отключается с двух сторон выключателями в цикле паузы однофазного автоматического повторного включения (ОАПВ). Предполагается, что панель ОАПВ содержит устройство контроля за погасанием дуги подпитки, которое дает информацию о состоянии отключенной фазы. В случае сохранения замыкания на отключенной фазе линия продолжает работу в неполнофазном режиме. Векторная диаграмма, отвечающая непол- нофазному режиму, приведена на Фиг. 1 б. Видно, что вектора токов обратной Ь и нулевой 1о последовательностей также находятся в фазе, но они поворачиваются относительно вектора опорного напряжения U на 90°, т.е. угол увеличивается на 90°. В этом случае последние ступени направленных токовых защит нулевой последовательности (ТНЗНП) и резервных защит, регулирующих на J2, примыкающих присоединений должны быть блокированы.

Переход Ю в двухфазное КЗ на землю (К(1Л)).К(1) на фазе А может перейти в К(1 1) фаз А и В (фиг. 1 в) либо фаз А и С (фиг. 1 г). В обоих случаях угол в между векторами токов обратной и нулевой последовательностей увеличивается с нуля до 120° за счет того, что токи обратной и нулевой последовательности разворачиваются в разные стороны относительно опорного напряжения на 90 и 30°.

В этом случае последние ступени указанных защит примыкающих присоединений также должны действовать на отключение своих выключателей.

Неполнофазный режим отличается от режимов однофазного и двухфазного КЗ на землю величинами углов р и 0. Переход от режима однофазного КЗ в неполнофазный режим может быть определен по изменению во времени величин р лО . Для этого

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

необходимо измерить и запомнить величины в отрезок времени, отвечающий возникновению на линии короткого замыкания до отключения выключателей, и в отрезок времени, соответствующий переходу в полнофазный режим. По величинам разностей зафиксированных величин можно оп- ределигь, сохранилось ли на линии короткое замыкание или осуществился переход в неполнофазный режим.

Блокировка действует следующим образом. В течение одного-трех периодов промышленной частоты после превышения величиной 3 IQ установки срабатывания последней ступени.

ТНЗНП измеряются угол б между векторами 12 и lo и угол р между вектором опорного напряжения U и to. В качестве вектора опорного напряжения может быть принято, например, напряжение прямой последовательности Ch. Измеренные величины $н и рн запоминаются. Время Дт выбирается таким образом, чтобы оно было достаточным для отключения поврежденной фазы с двух концов и чтобы за время Ат изменение угла р, обусловленное разворотом ЭДС генераторов, было незначительным Согласно расчетам оно составляет для электропередач 220-1150 кВ 0,1-014 с. Формируются величины Д0 0-0 и Ду . которые сравниваются с уставками А,ст и соответственно /.Ст . Если Лб«9уст ) Д(/5(, то на линии сохранился режим . В этом случае блокирующий сигнал не выдается. Если Д(вуСт ,а то режим однофазного КЗ перешел в неполнофазный режим. Формируется сигнал, который выдается в цепи соответствующих релейных защит для блокировки их последних ступеней.

Если Д0 $/ст, то однофазно КЗ перешло в двухфазное. При этом блокирующий сигнал не выдается.

Работу блокировки рассмотрим на примере электропередачи, схема которой приведена на фиг. 2. На системообразующей линии ВЛ1 500 кВ предусмотрено осуществление неполнофазных режимов в случае неуспешного ОАПВ, При этом могут ложно сработать последние ступени - ТНЗНП на линиях ВЛ2, ВЛЗ, ВЛ4 и ВЛ5. Для определения эффективности способа блокировки проведены расчеты однофазных КЗ в начале, середине и конце ВЛ1 с учетом разворотов векторов ЭДС , расчеты двухфазных КЗ на землю и неполнофазных режимов на ВЛ1. При этом анализировались фазовые соотношения на удаленных от

ВЛ1 концах В Л 2-5, где предполагается установка блокировок.

Расчеты (рн и в осуществлялись на ВЛ2-5 в течение первого периода промышленной частоты после возникновения к 1 на ВЛ1. Через A t 0,1 и 0,3 с на указанных линиях определялись А $ и &р, отвечающие сохранению режима однофазного КЗ, переходу в неполнофазный режим, а также Д$, отвечающее переходу от режима к 1 в режим К(1Л)на ВЛ1.

Результаты расчетов сведены в табл. 1-5.

В табл, 5 сведены величины Д0, отвечающие переходу от в режим к 1 Ч Точка КЗ взята в середине ВЛ1, так как по расчетам параметр Д$в данном случае практически не зависит от места КЗ на В Л1.

Из приведенных данных видно что переход однофазного КЗ в неполнофпзный режим можно выявить по величине Агл которая составляет в этом случае 80-115 в зависимости от места КЗ на линии 1 и выбранной величине At.

Переход в режим двухфазного КЗ на землю можно выявить по величине Д$ ко- торая составляет в этом случае примерно 120°.

Сохранение на линии режима однофазного КЗ (как, впрочем, и двухфазного КЗ н t землю) характеризуется нулевыми значе- ниями Д$ и малыми величинами р (табл. 1 и 2).

На фиг. 3 представлены зависимости от места КЗ на ВЛ1, определенные для ВЛ5. Зависимости, соответствующие сохранению на ВЛ1 однофазного КЗ изображены сплошными линиями, пере/о ду в неполнофазный режим - пунктирными линиями и переходу в двухфазное КЗ на землю - штрихпунктирными линиями. Приведенные зависимости построены при Дт -- 0,3с.

Выбирая уставки устройства блокировки для данной линии 50° и I/VT 40, можно обеспечить необходимую чувствительность и селективность работы устройства блокировки, установленного на ВЛ5.

В некоторых случаях перевод линии в неполнофазный режим может осуществляться и без возникновений на них КЗ: для пофазного ремонта линий, трансформаторов, а также в режиме плавки гололеда, В этом случае неполнофззному режиму непосредственно не предшествует режим КЗ, поэтому не может быть использован предложенный принцип работы блокировки. Мощность, передаваемая в неполнофаэном режиме, ограничивается уровнем несимметрии в нагрузке и генераторах. При этом

токи нулевой последовательности в примыкающих присоединениях будут ниже устав ки срабатывания последних ступеней ТНЗНП. Однако мощность, передаваемая в 5 неполнофазном режиме по условиям допустимой несимметрии в генераторах и на грузке, может быть увеличена при использовании средств симметрирования например, с помощью шунтирующих реак0 торов. В этом случае токи обратной последовательности в электропередаче снизятся, а токи нулевой последовательности возрастут и могут превысить уставки срабатывания последних ступеней ТНЗНП

5 примыкающих присоединений JTC обстоятельство может быть использовало для выявления неполнофазного режима Как известно, последние ступени ТНЗНП пред назначены для резервирования отк 13ов

0 релейных защит примыкающих присоединений при замыканиях на землю В с пи токи 12 и Jo в месте КЗ равны (при к ), о в присоединениях, примыкающих к поврежденным, величина 12 ужо с щегтвсннп

5 превышает 1о. Это происходит за счгч тот, что болыиач часть токгв К Зг -мыкаыс0 в соединенных треугольником обмотках трансформаторов, установлении., мл под станциях неполнофазной линии К пока

0 зали расчеты, при K IJ и Ю1 на линиях В Л1, токи 12 в ВЛ2 - 5 в 3 - 4 раза превьчиЗ ОТ длительно допустимые токи обратной по следовательности в нагрузочных и (ечесэ торных узлах примыкающих к укай-пнь

5 линиям. В неполнофазных режим -, -, обратной последовательности не ,п.о г in i;x- вышать величину длительно допустимы/, токов обратной последовательности в нагрузках и генераторах. Таким образом, не0 п о л н о ф а з н ы и нагрузочный ре х и м с применением симметрирования можно отличить от любых видов несимметричных КЗ по уровню токов обратной последовательности,

5Если токи нулевой последовательности

превысили уставку срабатывания поспед- ней ступени ТНЗНП, а токи обратной последовательности не превышают длительно допустимого значения в примыкающих ул

0 лах, то на электропередаче имеет место неполнофазный н а г р у з о ч н ыи рели м с применением симметрирования О этом случае должен выдаваться сигнал, блокирующий работу последней ступени ТНЗНП.

5Блок-схема устройства, реализующая

способ блокировки (фиг. 4), содержит фильтр 1 тока обратной последовательности; фильтр 2 тока нулевой последовательности; фильтр 3 оперного напряжения; блоки 4-7 сравнения; элементы НЕ 8 и 9;

элементы И 10 и 11; элемент ИЛИ 12, блоки

13и 14 измерения разности фаз; ключи 15- 18, элементы 19-22 Память,блок23управления.

Фильтры 1-3 предназначены для выце- ления из состава фазных токов и напряжения контролируемой линии токов обратной и нулевой последовательностей и вектгра опорного напряжения. Последний может быть получен и от другого синхронно враща- ющегося источника напряжения, например от трансформатора собственных нужд

Блок 23 управления представляет собой таймер с регулируемыми выдержками времени ti, t2. t3, причем 1з t2 ti. Блок начинает работать после подачи на его вход разрешающего сигнала. При исчезновении разрешающего сигнала блок 23 возвращается в исходное состояние.

Блок 23 управления осуществляет уп- равление работой блокировки за счет разделения по времени выдачи управляющих импульсов на ключи 16, 17 и 15 18 а также на элемент И 11

Устройство работает следующим обра- зом.

При появлении токов нулевой .оследо- вательности больше значения низших ступеней ТНЗНП блок 5 сравнения выдает управляющий сигнал на элемент И 10 и блок 23 сравнения. Одновременно в блоках 13 и

14измерения разности фаз происходит измерение разности фаз между векторами тока нулевой и обратной последовательности (угол в) и вектором тока нулевой последо- вательности и вектором опорного напряжения (угол р). Результаты измерений поступают на входы ключей 15-18. По истечении первого заданного интервала времени, лежащего в диапазоне 0,01-0,06 с, на управляющие входы ключей 16 и 17 поступает отпирающий сигнал от блока 23 управления и измеренные значения углов поступают через указанные ключи соответственно на элементы 20 и 21 памяти Через время действия отпирающего импульса управляющий сигнал с ключей 16 и 17 снимается и результаты измерения фазовых соотношений больше на элементы 20 и 21 памяти не поступают. Таким образом в ука- занных бликах фиксируются измеренные значения углов , отвечающие пер.юму моменту времени.

Через интервал времени, лежащий в диапазоне 0,1-0,4 с, блок 23 управления вы- даст управляющий сигнал на свой второй выход, который поступает на управляющие входы ключей 15 и 18. В результате измеренные фазовые соотношения поступают в

элементы 19 и 22 памяти Через время действия отпирающего импульса управляющий сигнал с ключей 15 и 18 снимается и в элементах 19 и 22 памяти фиксируются значения фазовых соотношений отвечающих второму заданному моменту времени С выходов элементов 19 и 20 памяти величины измеренных значений угла $ поступают на блок б сравнения, а с выходов элементов 21 и 22 памяти оначйния углов р поступают в блок 7 сравнения При положительных результатах сравнения с выходов этих блоков сравнения управляющие сигналы поступают на соответствующие входы элемента И 11 Через заданное врзмя с блока 23 управления на третий пход элемента И 11 поступает управляющий сигнал и при наличии на двух других его входах управляющих сигналов этот элемент формирует выходной сигнал, который через эле -ч нт ИЛ 1 12 выдаст блокирующий сигнал для чащи г и автоматики Выдержка времени гоитьего управляющего выхода С юм 23 управления больше двух предыдущих выдержек и необходима для исключения ложной работы блокировки в интервале времени когда на блоки 6 и 7 сравнения поступают сигналы от элементов 20 и 21 памятч L отсутствуют сигналы от элементов 19 и 22

Если хотя бы на одном из входов эпе- мента И 11 не будет управляющего сигнала тс блокирующего сигнала не появится

Если з /оде работы блокировки ток нулевой последовательности снизится ниже значения уставки, го снимаются управляющие сигналы блока 5 сравнения с блока 23 управления, элемента И 10 и через элемент НЕ 9 осуществляется обнуление памяти во всех элементах Память

При переводе линии в неполнофазный режим часть блокировки, осуществляющая измерение фазовых соотношений токов обратной и нулевой последовательностей и опорного напряжения, не работает, так как нет изменения измеренных угловых соотношений, отвечающих различным интервалам времени из-за отсутствия режима короткого замыкания. В этом случае, г ми величина тока обратной последовательности меньше заданного значения, то от блока л сравнения не поступает управляющий сигнал на элемент НЕ 8, в результате его появляется управляющий сигнал на первом входе элемента И 10. Если ток нулевой последовательности превышает заданное значение, то от блока 5 сравнения управляющий сиг нал поступает на второй вход элемента И 10. От элемента 1/1 10 через элемент ИЛИ 12

поступает блокирующий сигнал нэ действие релейной защиты.

Блокировка оказывается введенной в работу в течение всего времени, пока ток нулевой последовательности превышает заданную уставку.

Эффективность изобретения определяется повышением надежности работы комплекса защит и автоматики электропередач на которых предусмотрены неполнофазные режимы.

В табл, 1 приведены параметры ДО и Д|/} при сохранении на ВЛ1 режима однофазного КЗ (At 0,1 с).

В табл. 2 приведены параметры ДО и Ду при сохранении на ВЛ1 режима однофазного КЗ (At 0,3 с).

В табл. 3 приведены параметры ДО и при переходе однофазного КЗ в нопол- нофазный режим (At 0,1 с)

В табл. 4 приведены параметры ДО и Д.р при переходе однофазного КЗ в непол- нофазный режим (Д t 0.3 с).

В табл. 5 приведен параметр ДО при переходе однофазного КЗ в двухфазное (At 0,3 с).

Формула изобретения 1. Способ блокировки действия защьт и автоматики смежных участков при неполно- фазных режимах линий электропередачи переменного тока, включающий в себя измерение тока нулевой последовательности и напряжения прямой последовательности линии, определение разности фаз между вектором тока нулевой последовательности линии и опорным, синхронно вращающимся вектором напряжения прямой последовательности, сравнение тока нулевой последовательности с заданной величиной и

выдачу блокирующего сигнала по результатам сравнения измеренной разности фаз с заданной величиной при величине тока нулевой последовательности больше мини- 5 мального значения уставки действия защит или автоматики, отличающийся тем, что, с целью повышения селективное i и и чувствительности действия блокировки, измеряют ток обратной последовательности

0 линии и определяют разности фаз между векторами токов нулевой и обратной последовательности, при этом Фиксируют результаты двух измерений указанных разностей, отвечающих интервалам времени 002-0,06

5 и 0,1-0 4 с после поевышзения током нулевой последовательности .к(; самой чуо ствительной ступени токовой направленной защиты нулевой ПОГПРДОГ Т РЛЬНОСТИ, п если разность двух за иксгпопг.нн. ix иий сдвига фаз векторов обратной и нулевой последовательности меныио заданной величины, а разность на тшрл СДВР: а фаз векторов тока нулевой поглелопатглыюсти и опорного напряжени прямей псследова5 тельности окажется в-1а.:н заданной величины, то формируют блокирующий сигнал на выходе устройс ва згмиитп

2. Способ по п 1 г т i и а п щ . и с я тем, что с целью par-.i inviim ( Спасти ис0 пользования пр. плановом мг реппдр линии электропередачи переменно;с т JKS в непо/i- нофазный режим,дополнительно сравнивают с заданном значением септиму тока обратной последовательности лгниг и фор5 мисуют бло ируюили сигнал на действие релейной защиты при полемике тока обратной последовг.трльноптн ниже заданного значения и величине токг- нулевой гюслрдо- вательности больше мингмального зизче0 ния уставки защиты.

Изобретение относится к электротехни ке а именно к релейной защите Цель изо бретения - повышение селективности и чувствительности действия блокировки Способ блокировки основан на измерении разности фаз тока НУЛРРОП iu i т п,. ности и опорного нап яж м t г i ic токов нулевой и обоатнои npf ецон чг и i стей фиксации резуттаю i, / i . : . указанных разностей ошемаюаш/ i n t HI лам времени 0 02-0 По и О 1 0 1 ь .i к превышения токои ну РПОИ г i j.,j ч ности уставки u 1 1 гт HI защиты нулевой пмгпг,,о а и, и- г ( кирующии (игнал выл ск1 п п ДРУХ 3 1ФИКС1 рОВЭНЧ IX J i I i И т т BCKTOpODTOKOB С 1Н, взтельностеи i tn ной величины a paanoi TI знг фаз векторов Toi-a Hvrrr HI ногти и опорного напрч -t-снип сетстоующси jcupniu 1 he i u того блокирую1цпй си пап , личине тока обратном r nt )Т ниже заданной 1 з п { ям 1 и i If.

Таблица 1

ЛЛ5

О 3,4

О 2,5 .

О 1,55

Таблица 2

Таблица 3

Таблица 4

Таблица 5

12 I

9-0 .

ID

Фиг 1

,Z

Ь

«Pjtf,

г/етд ,i

/с .

К 3 ф/п Л u

f J. фаз .А и 8

4Р.

ал

:}

Ј8

ив

0,5 Рг/г.Д

1 ЬЮ