Устройство дифференциально-фазной высокочастотной защиты Советский патент 1991 года по МПК H02H3/28 

(21)430705.8/07

(22)21.09.87

(46) 23.03.91. Бюл. № 11

(71)Карельское районное энергетическое управление

(72)Ю.С.Беляков

(53) 621.316.925(088.8) (56) Федосеев A.M. Релейная защита электроэнергетических систем. - М.: Энергоатомиздат, 1964, с. 479.

(54) УСТРОЙСТВО ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-ФАЗНОЙ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ ЗАЩИТЫ (57) Иэооретение относится к электротехнике и предназначено для использования в качестве быстродействующей

защиты воздушных линий электропередач напряжением 110-500 кВ от всех видов коротких замыканий. Цель изобретения - повышение селективности и надежности функционирования дифференциально-фазной защиты. Цель достигается путем осуществления непрерывного контроля высокочастотного тракта защиты. Для этого в устройстве осуществляется непрерывный обмен высокочастотными сигналами обоих полукомплектов защиты. Исправное состояние полукомплектов защиты контролируют пороговые элементы 9 и 10.При съеме состояния этих пороговых элементов с выдержкой времени производится блокировка действия защиты элементом 13. 1 ил.

(Л

I

л/v

kw-

3

со о со

LIU

Tr.-jИзобретение относится к релейной защите электрических систем и может использоваться в качестве быстродействующей защиты воздушных линий электропередачи напряжением 110-500кВ от всех видов коротких замыканий (к.з

Целью изобретения является повышение селективности дифференциально- фазной высокочастотной защиты (ДФВЗ) и повышение надежности функционирования путем непрерывного контроля высокочастотного тракта защиты.

На чертеже представлена-блок-схема устройства ДФВЗ.

Устройство ДФВЗ содержит фильтр 1 тока манипуляции, который связан с датчиками тока,орган 2 манипуляции, пусковой блок 3, который связан с датчиками тока и напряжения U, высокочастотный передатчик 4, высокочастотный приемник 5, орган 6 сравнения фаз, исполнительный блок 7, элемент И 8, первый пороговый элемент 9, второй пороговый элемент 10, третий пороговый элемент 11, элемент ПАМЯТЬ 12, ключевой элемент 13. Кроме того, на чертеже изображены не относящиеся непосредственно к ДФВЗ, но имеющие с ней связь, выключатель 14 и другие устройства 15 блокировки.

Устройство ДФВЗ работает следующим образом.

По концам линии электропередачи располагаются два одинаковых полукомплекта защиты. В нормальном режиме передачи мощности по линии между полукомплектами, точнее между парой передатчик --ВЧ приемник (4-5) идет непрерывный обмен сигналами. Фильтр 1 тока манипуляции выделяет необходимые симметричные составляющие-тока I,.получаемого от датчиков тока. Фильтр, как правило, комбинированный, например, он может быть фильтром токов прямой и обратной последовательности. В тех случаях, когда защищаемая линия электропередачи достаточно длинная, фильтр может содержать устройство компенсации, которое преобразует токи датчиков или токи выделенных последовательностей в некоторые условные токи, соответствующие какой-либо точке, линии, например, середине. Такое преобразование необходимо поскольку емкостная проводимость длинной линии делает токи по концам линии неодинаковыми, условный ток, приведенный, например, к середине линии,

5

0

5

0

5

0

5

0

5

будет одинаковый. Ток из фильтра 1 попадает в орган 2 манипуляции, который преобразует ток в напряжение такой величины, которой удобно управлять ВЧ передатчиком 4, который в результате посылает ВЧ манйпулированный сигнал на противоположный конец линии. На обоих концах линии передатчики постоянно заг- пущены, но не на полную мощность (максимальную), обеспечивая этим запас по отношению к затуханию, при котором защита становится неработоспособной. В манипулировэнном сигнале содержится информация о фазе тока, получаемого от датчиков тока. Описанный процесс происходит на обоих концах линии электропередачи.

На вход приемника 5 поступают два сигнала, один от собственного передатчика 4, другой от передатчика 4, расположенного на противоположном конце линии. Поскольку каждый из этих сигналов манйпулированный, он состоит из чередующихся ВЧ-импульсов и пауз. При этом возможны два варианта настройки приемопередатчиков 4 и 5. Первый вариант, выделенным полупериодам тока линии, например положительным, соответствует отсутствие ВЧ-сиг- нала на выходе ВЧ передатчика 4 и отсутствие тока выхода (тока приема) ВЧ приемника 5, и наоборот отрицательным полупериодам тока линии или отсутствию его соответствует наличие ВЧ-сигнала на выходе передатчика 4 и наличие тока выхода приемника 5. Такая система общепринята, в принципе она применима и для предлагаемого устройства ДФВЗ. Однако для предлагаемого устройства ДФВЗ предпочтительным является другое соответствие и натсройка ВЧ приемника 5, и ВЧ передатчика 4. Выделенным полупериодам тока линии, например положительным, соответствует наличие ВЧ сигнала на выходе передатчика 4 и наличие тока выхода приемника 5, и наоборот, отрицательным попупериодам тока линии или отсутствию его соответствует отсутствие ВЧ-сигнала на выходе передатчика 4 и отсутствие тока выхода приемника 5. Преимущество такого соответствия заключается в том, что наличию тока линии электропередачи соответствует наличие тока приема и любая неисправность в любом элементе будет приводить к уменьшению или исчезновению тока приема, а это будет служить информацией о возникшей неисправности.

Если принять второй вариант соответствия, то в рассматриваемом нор- мальном режиме передачи мощности ток выхода приемника 5 будет максимален, постоянен по величине, т.е. он не будет содержать переменной составляющей. Пороговый элемент 9, реагирующий на величину тока приема, будет в сработавшем состоянии, а пороговый элемент 10, реагирующий на наличие переменной составляющей тока приема, будет в несработанном состоянии. Такое состояние элементов 9 и 10 будет говорить об несправности устройства ДФВЗ в целом и о его готовности к действию. Выход пороговых элементов 9 и 10 действует на элемент ПАМЯТЬ 12 который помнит нормальное состояние пороговых элементов 9 и 10 в течение заданного времени, достаточного для действия ДФВЗ. В свою очередь элемент ПАМЯТЬ 12 подает разрешающую команду в ключевой элемент 13 на все время запоминания. Таким образом осуществляется непрерывный контроль исправности всего тракта ДФВЗ от источников тока I одного полукомплек- та защиты, расположенного на одном конце линии электропередачи,до источников тока I другого полукомплекта, расположенного на другом конце линии Такая система непрерывного контроля позволяет отказаться от чувствительных пусковых органов известной защиты осуществляющих пуск высокочастотных передатчиков 4, и перевести передат-, чики 4 в непрерывный режим работы.. При возникновении неисправности в любом месте тракта на нее немедленно реагируют элементы 9 и 10, снимают сигнал с элемента ПАМЯТЬ 12, который снимает разрешающий сигнал с ключевого элемента 13, который после этого блокирует прохождение команд через него, одновременно он может.давать предупреждающий звуковой или

световой сигнал. i

Для исключения необоснованного вывода из работы ДФВЗ при режимах работы линии электропередачи с малыми и нулевыми нагрузками, при которых токи I становятся по величине недостаточными для надежной манипуляции, используется третий пороговый элемент 11, который в случае снижения

1636917

или исчезновения тока линчи, а следовательно и напряжения манипуляции воздействует на элемент ПАМЯТЬ 12 так, , что он предотвращает блокировку защиты через ключевой элемент 13.

При возникновении внешнего к.з. в токе линии появляются симметричные составляющие, характерные для данного вида к.з. Они выделяются фильтром 1 тока манипуляции, при необходимости там же преобразуются в условные токи линци, в органе 2 манипуляции токи преобразуются в напряжение которым

5 удрбно управлять (манипулировать) ВЧ-сигналом передатчика 4. Аналоговый процесс происходит и на другом конце линии.Поскольку токи противоположных концов короткой линии электро0 передачи или условные токи длинной линии электропередачи равны по величине и противоположны по фазе (по крайней мере в пределах допустимой погрешности), то суммарный ВЧ-сиг5 нал на входе приемника 5 не имеет пауз и ток его выхода без скважностей и максимальный. Это означает, что первый и второй пороговые элементы 9 и 10 не изменяют своего состояния.

0 Отключения линии однако не происходит, потому что не срабатывает орган 6 сравнения фаз, поскольку гоки I по концам линии находятся в зоне блокировки. И хотя пусковой блок 3 может сработать с одной из сторон линии электропередачи или даже с двух сторон, элемент И не передает сигнал, так как для его срабатывания необходим подвод сигналов с двух сторон одновременно. Для повышения надежности несрабатывания ДФВЗ при внешний к.з. предусмотрено воздействие пускового блока 3 на увеличение мощности высокочастотного передатчика 4.

5 Если к.з. возникает на самой защищаемой линии, то симметричные составС-

ляющие тока I, выделяемые фильтром 1 - тока манипуляции, также преобразуются в напряжение в органе 2 манипуляции, Q которое управляет ВЧ-сигналом передатчика 4. Аналогичные процессы происходят и на другом конце линии. Однако теперь токи I разных концов линии отличаются по величине, а по фазе отличие

5

0

близко к J80 , т.е. они близки к про- тивофа зе. В частном случае ток одного из концов линии может быть равен нулю, если линия тупиковая, а нагрузка не создает токов к.з. Важно то,

10

что в любом случае „.суммарный ВЧ-сиг- нал на входе высокочастотного приемника 5 теперь имеет скважности,следовательно, имеет скважности и ток выхода приемника 5. При таком токе приемника) срабатывают орган 6 сравнения фагГ и второй пороговый элемент 10, посколь ку наличие скважностей говорит о по- явлении переменной составляющей тока приема. Первый пороговый элемент 9 может перейти в несработавшее состояние, поскольку при этом средняя величина тока приема снижается. Этим снимается сигнал с элемента ПАМЯТЬ 12,jj но последний в течение заданного времени не снимает разрешающего сигнала с ключевого элемента 13. В течение этого времени успевают сработать пусковой блок 3 и орган 6 сравнения фаз., 2Q Получив одновременно два сигнала, элемент И 8 посылает сигнал к ключевому элементу 13 и, поскольку с него еще не снят разрешающий сигнал от элемента ПАМЯТЬ 12, через него идет 25 сигнал на исполнительный блок 7, который производит отключение линии или запуск других устройств защиты и автоматики, например устройства однофазного автоматического повтор- 0 ного включения (ОАПВ). Если перед возникновением к.з. линия была с нулевой нагрузкой, то третий пороговый элемент 11, контролирующий в конечном итоге переток по линии, обеспечивает срабатывание элемента ПАМЯТЬ 12 и дальнейшее функционирование ДФВЗ.

Если линия оборудована ОАПВ, то действие ЦФВЗ при междуфазных к.з. происходит на отключение трех фаз ли нии. При однофазном к.з. на землю ДФВЗ действует на ОАПВ, через которое отключается поврежденная фаза и линия переходит в неполиофазный режим.В этом режиме, несмотря на наличие всех симметричных составляющих и запуск пускового блока 3,отклкН чения не происходит,поскольку токи | манипуляции находятся близко к проти- вофазе и орган 6 сравнения фаз надежно не работает. При возникновении к.з. в неполнофазном режиме немедленно срабатывает орган 6 сравнения фаз и происходит отключение поврежденной линии.

При трехфазном двухстороннем отключении линии электропередачи токи линии в принципе равны нулю. Если измерительные трансформаторы напряже16369178

ния (датчики напряжения) подключены к линии, то напряжение манипуляции будет равно нулю даже на длинной линии, где испольуются условные токи, компенсированные напряжением. В этом случае поведение ДФВЗ будет полностью соответствовать состоянию линии. Если же трансформаторы напряжения подключены к шинам, от которых отходит линия электропередачи, то поведение ДФЗ не будет соответствовать состоя35

40

45

50

ные токи манипуляции. Действительно при отсутствии тока 1 в фильтр 1 тока манипуляции будет подаваться напряжение U, необходимое для получения условных токов, в результате будет формироваться какое-то напряжение манипуляции в органе 2 и осуществляться управление высокочастотным передатчиком 4. -Для устранения такого несоответствия предусмотрено воздействие отключенного выключателя линии 14 на орган 2 манипуляции, снима-- ющее с него напряжение полностью.

Если происходит подача напряжения на холостую линию и если она оказа- - лась поврежденной, то срабатывают пусковой блок 3 и орган 6 сравнения фаз. При таком сочетании сигналов элемент И 8 формирует сигнал на выходе и через ключевой элемент 13 дается команда на срабатывание исполнительного блока 7. Ключевой элемент 13 разрешает прохождение сигнала, поскольку элемент ПАМЯТЬ 12, имея сигнал об отсутствии напряжения манипуляции от третьего порогового элемента 11, дает разрешающую команду в ключевой элемент 130

Ключевой элемент 13 может воспринимать сигналы от других органов и устройств 15, не входящих в состав основных элементов ДФВЗ. В зависимости от конкретного исполнения они могут быть разными, например, если предложенное устройство ДФВЗ выполнено на базе известного устройства ДФЗ-503, то другим устройством блокировки будет устройство, контролирующее исправность цепей напряжения.

Формула изобретения

Устройство дифференциально-фазной высокочастотной зашиты, содержащее датчики токов и напряжений защищаемой линии, выходы которых подключены

j Q 5 0

5

0

5

0

ные токи манипуляции. Действительно при отсутствии тока 1 в фильтр 1 тока манипуляции будет подаваться напряжение U, необходимое для получения условных токов, в результате будет формироваться какое-то напряжение манипуляции в органе 2 и осуществляться управление высокочастотным передатчиком 4. -Для устранения такого несоответствия предусмотрено воздействие отключенного выключателя линии 14 на орган 2 манипуляции, снима-- ющее с него напряжение полностью.

Если происходит подача напряжения на холостую линию и если она оказа- - лась поврежденной, то срабатывают пусковой блок 3 и орган 6 сравнения фаз. При таком сочетании сигналов элемент И 8 формирует сигнал на выходе и через ключевой элемент 13 дается команда на срабатывание исполнительного блока 7. Ключевой элемент 13 разрешает прохождение сигнала, поскольку элемент ПАМЯТЬ 12, имея сигнал об отсутствии напряжения манипуляции от третьего порогового элемента 11, дает разрешающую команду в ключевой элемент 130

Ключевой элемент 13 может воспринимать сигналы от других органов и устройств 15, не входящих в состав основных элементов ДФВЗ. В зависимости от конкретного исполнения они могут быть разными, например, если предложенное устройство ДФВЗ выполнено на базе известного устройства ДФЗ-503, то другим устройством блокировки будет устройство, контролирующее исправность цепей напряжения.

Формула изобретения

Устройство дифференциально-фазной высокочастотной зашиты, содержащее датчики токов и напряжений защищаемой линии, выходы которых подключены

-9163

к входам пускового блока, выход которого подключен к первому входу элемента И, к выходу датчиков тока защищаемой линии подключены последоват тельно соединенные комбинированный фильтр тока прямой и обратной последовательности и орган манипуляции, выход которого подключен к входу высокочастотного передатчика, выход ко-J торого и вход высокочастотного прием- ника предназначены для подключения к высокочастотному каналу, выход высокочастотного приемника соединен с входом органа сравнения фаз, выход которого соединен с вторым входом элемента И, исполнительный блок, выход которого является выходом устройств ва, отличающееся тем, что,. с целью повышения селективности и на- 2 дежности функционирования путем не

7

10

прерывного контроля высокочастотного тракта защиты, дополнительно введены первый, второй и третий пороговые элементы, выпрямитель, ключевой элемент и элемент ПАМЯТЬ, причем к выходу высокочастотного приемника подключены вход первого порогового элемента и через выпрямитель вход второго порогового элемента, выходы первого, второго и третьего пороговых элементов объединены и подключены к входу . мента ПАМЯТЬ, выход которого соединен с управляющим входом ключевого элемента, который . включен между выходом элемента И и входом исполнительного блока, вход третьего порогового элемента соединен с входом высокочастотного передатчика, управляющий вход которого соединен с выходом пускового блока.