Способ многофункциональной централизованной защиты электрических систем от коротких замыканий Советский патент 1992 года по МПК H02H7/26 

Изобретение относится к релейной защите электрических систем от коротких замыканий (к з ) и является усовершенствованием изобретения по авт св. № 1513567.

Суть способа защиты по основному изобретению заключается в том что формирование отдельных устройств входящих в систему защиты, распределено во времени, благодаря чему становится возможным использование одних и тех же функциональных узлов для организации различных структур защиты непосредственно в процессе контроля защищаемой электрической системы. При этом поочередно производят формирование всех А-структур, составляющих полный ансамбль системы защиты Состав ансамбля А-структур задается заранее (на стадии проектирования системы защиты) и включает в себя все необходимые устройства защиты обеспечивающие выявление всех видов к з при любых возможных конфигурациях защищаемой электрической системы

Недостатком способа является то, что порядок формирования во времени структур защиты (путем поочередного переборз всех А-структур) задается заранее и не зависит от изменения топологии (конфигурации) электрической системы в процессе ее эксплуатации При этом могут возникать ситуации, когда очередная сформированная структура защиты оказывается избыточной для сложившейся к данному моменту топологии (конфигурации) защищаемой электрической системы

На фиг 1 в качестве примера приведена блок-схема условного объекта защиты, в качестве которого рассмотрена электрическая система, состоящая из генератора, шин, первого фидера 1, второго фидера 2, третьего фидера 3, и соответствующих коммутационных аппаратов КА Предположим, что защита каждого из трех фидеров обеспечивается соответствующим устройством (структурой) релейной защиты 1,4, III. При этом весь защищаемый участок электрической системы разбит на соответствующие три зоны в пределах защищаемых фидеров Ф1, Ф2, ФЗ. Очевидно, что при реконфигурации электрической системы, например отключении фидера Ф2, отпадает необхо(Л

С

со

го

1Ч

димость в формировании устройства защиты II, предназначенной для этого фидера. Тем не менее, в соответствии со способом она будет сформирована так же, как и ос- структуры защиты в заданной циклической последовательности. Это приводит с одной стороны, к снижению быстродействия системы защиты, а с другой стороны, к снижению ее надежности, поскольку возможны периоды существования электрической системы без необходимой защиты.

Сказанное иллюстрируется временными диаграммами на фиг.2 и 3. При рассмотрении этих диаграмм учтем, что для данной электрической системы необходим ансамбль структур защиты, состоящий из трех устройство,II,И1), т.е. . На фиг.2 рассмотрены три режима защищаемой электрической системы (диаграмма а), отличающиеся ее конфигурацией. В интервале времени (О-tki) на диаграмме а), соответствующем наиболее сложной конфигурации электрической системы (когда включены все три фидера Ф1, Ф2, ФЗ), необходим перебор всех структур защиты (I,II,III). На диаграмме фиг.2а, это условие показано записью

Пусть в момент tki произошла некоторая реконфигурация защищаемого объекта таким образом, что в интервале времени (tki-tka), соответствующем времени существования данной топологии объекта, для защиты последнего оказывается необходимым формирование только двух структур (например I и II), Это условие показано на диаграмме фиг.2а записью

При этом во время существования излишней структуры II, которая не способна выявить к.з. при сложившейся конфигурации электрической системы, последняя остается фактически без защиты на период Дг(фиг.2а).

Аналогично в случае очередной реконфигурации объекта, начиная с момента tk2, когда лишними становятся структуры I и III, объект оказывается без необходимой защиты на период A t (фиг.2а). Этот режим на диаграмме фиг.2а показана записью

1

UII

Необходимо отметить, что в способепрототипе порядок формирования структур (фиг.2б) и длительность Т любого цикла формирования структур защиты, например к-го, (к+1)-го и т.д., не связаны с режимом (конфигурацией) защищаемой электрической системы, т.е. T-const. Из сравнения диаграмм в и е на фиг.2 видно, что при функционировании системы защиты по известному способу возможны случаи появления

достаточно длительных периодов, когда объект остается без необходимой защиты, Таким образом, принятый порядок формирования структур приводит к снижению надежности защиты объекта.

На фиг.З приведены условные временные диаграммы, иллюстрирующие неоправданные задержки в срабатывании системы защиты. Рассмотрим один из указанных на фиг.2 режимов, когда

VIII - +

II

в этом случае при возникновении к.з. (фиг.За), которое должно выявляться, структурой 111, произойдет задержка формирования необходимой структуры на время tn существования ненужной структуры II, что

в конечном итоге приводит к увеличению времени отключения 10ткл. к.з. или к снижению быстродействия системы защиты в целом (на фиг.Зб.д).

В общем случае для защиты каждой зоны требуется формирование не одной, а нескольких структур защит различного типа, что иллюстрируется на фиг.4. Например, набор нескольких типов защит для силового трансформатора включает в себя 4 защиты.

Следовательно, при отключении 3-й зоны защищаемой электрической системы (зона трансформатора на фиг,4) при реализации способа-прототипа будет затрачено дополнительное время для формирования ненужных четырех структур, В конечном итоге время существования объекта без нужной защиты значительно увеличивается.

Целью изобретения является повышение быстродействия и надежности способа.

Поставленная цель достигается тем, что в способе многофункциональной централизованной защиты электрических систем от к.з. дополнительно контролируют и фиксируют включенное или отключенное состояние коммутационных аппаратов защищаемой электрической системы, по результатам контроля судят о конфигурации электрической системы в каждый момент времени, по заранее заданным правилам определяют состав структур защит, необходимых для контроля электрической системы, сложившейся к данному моменту времени конфигурации, причем после каждой реконфигурации электрической системы блокиру- ют формирование тех из А-структур защиты из заданного набора, которые не предназначены для выявления повреждений в электрической системе сложившейся конфигурации.

Сущность технического решения заключается в том, что, благодаря введению дополнительного непрерывного контроля конфигурации защищаемого объекта путем слежения за состоянием коммутационных аппаратов и блокированию формирования тех I структур защиты, которые не принимают участия в выявлении к з в электрической системе сложившейся конфигурации, удается сократить продолжительность цик- ла реализации набора структур защиты и включать в цикл перебора только необходимые в данный момент структуры защиты, а значит повысить ее быстродействие и надежность.

На фиг.2 показаны диаграммы, иллюстрирующие порядок формирования структур (диаграмма г) и смену циклов (диаграмма д) в соответствии с предлагаемым способом.

На фиг.З приведены временные диаг- раммы, показывающие выигрыш в быстродействии заявляемого способа защиты по сравнению со способом-прототипом

На фиг.5 приведена в качестве примера структурная схема устройства многофунк- циональной централизованной защиты, реализованной по предлагаемому способу. На фиг,6 приведены временные диаграммы, иллюстрирующие работу устройства.

На фиг.7 показан пример схемной pea- лизации блока анализа топологии электрической системы (БАТС) Как видно из фиг 2 длительность цикла формирования структур защиты по предлагаемому техническому решению является вепичиной переменной () зависящей от конфигурации защищаемой электрической системы, т.е. Т Р(5эс). Параметр (аргумент функции F) Зэс может быть представлен позиционным двоичным ко- дом, однозначно описывающим состояние всех коммутационных аппаратов электрической системы (Включен-выключен) или ее реальную конфигурацию в каждый момент времени, При этом длительность (К+1)-го

цикла формирования структур защиты по способу-прототипу будет превосходить длительность соответствующего ( цикла формирования структур защиты по предлагаемому способу на время существования At ненужной П-й структуры. В конечном итоге в предлагаемом способе исключаются периоды A t, когда электрическая система остается (как это имеет место в способе- прототипе) без защиты.

Многофункциональная централизованная релейная защита, в дальнейшем для краткости именуемая МЦРЗ, содержит

(фиг.5) датчики 1 (Di.DaDK) параметров

защищаемой электрической системы, многоканальный управляемый источник опорных сигналов (НОС) 2, набор вида

{supAm,...,supAnisupAitN} функциональных узлов (ФУчФУт) 3, универсальную

коммутирующую структуру (УКС) 4, устройство управления (УУ) 5, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ)6. Дополнительно устройство МЦРЗ содержит блок анализа топологии электрической системы (БАТС) 7, состоящей из блока анализа коммутационных аппаратов (БАК) 8 и устройства блокирования формирования (УБФ) 9 структур защиты Кроме этого, устройство содержит шину коммутации (ШК) 10, шину (ЩУ) 11, шину данных (ШД) 12, шину кодов уставок (ШКУ) 13, шину блокирования формирования структур (ЩБФ) 14, шину опроса и разрешения формирования структур (ШОР) 15, информационную линию (ИЛ) 16.

Выходы датчиков параметров 1, выходы ИОС 2 и выходы функциональных узлов (ФУ) 3 подключены к информационным входам УКС, выходы которой являются выходами устройства защиты и соединены с цепями отключения коммутационных аппаратов (КА) в защищаемой электрической системе. Первый выход УУ 5 посредством шины ШК 10 подключен к управляющему входу УКС А. Второй выход УУ 5 посредством шины ШКУ 13 соединен с входом ИОС 2. Третий выход УУ 5 подключен к блокирующему входу УБФ 9 блока анализа топологии электрической системы (БАТС) 7. Четвертый выход УУ посредством шины ШУ 11 соединен с входом ПЗУ б, выход которого шиной ШД подключен к входу УУ 5. Входы БАК 8, являющиеся одновременно входами БАТС 7, подключены к коммутационным аппаратам (КА) элементов электрической системы. Выход БАК 8 соединен с входом УБФ 9, выход которого посредством шины ШБФ 14 соединен с блокирующим входом УУ 5, информационный вход которого посредством линии ИЛ 16

подключен к выходу реагирующего органа, например ФУ1 (фиг.5).

Устройство работает следующим образом

Информация о состоянии (см. фиг.5 и 6) (Включен-выключен) коммутационных аппаратов КА защищаемой электрической системы, с блок-контактов выключателей, входящих в блок контактов коммутационных аппаратов БККА, поступает на резисторы БАК 8, который анализирует состояние всех КА путем фиксации положения их блок- контактов (Влкючен-выключен). При этом БАК 8 кодирует каждую совокупность состояний всех КА и посылает многоразрядный двоичный сигнал, соответствующий этому коду, а УБФ 9, который выполняет функцию преобразования вектора состояния всех КА в код, блокирующий формирование в УУ 5 ненужной для данной топологии структуры защиты из ансамбля А. Причем, УБФ 9 осуществляет сравнение кода необходимой для данной конфигурации структуры защиты (код хранится в ПЗУ УБФ 8) с поступающим по шине ШОР 15 и из УУ 5 сигналом опроса в виде кода очередной готовой к формированию с помощью УКС 4 структуры в соответствии с извлеченным из ПЗУ 6 правилом коммутации УКС 4. В случае несовпадения этих кодов УБФ 9 формирует на своем выходе сигнал Запрет, поступающий по шине ШБФ 14 на блокирующий входУУ 5. В результате УУ 5 не воспринимает поступающее из ПЗУ 6 правило коммутации УКС 4 и на выходе УУ 5, а значит, и на шине ШК 10 сигнал отсутствует (перекоммутации ФУ с помощью УКС 4 при этом на заряженную структуру защиты не происходит). Одновременно с поступлением блокирующего сигнала по шине ШБФ 14 в УУ 5 последнее по шине ШУ 11 посылает сигнал выборки из ПЗУ б очередного правила коммутации, предусматривающего формирование кода последующей структуры защиты. В результате из ПЗУ 6 извлекается код соответствующего правила коммутации (структуры), поступающей по шине ШД 12 в УУ 5, последнее снова по шине ШОР 15 опрашивает УБФ, предъявляя ему код новой структуры (нового правила коммутации) и, если к этому моменту сложившаяся в электрической системе топология нуждается в этой структуре, что анализирует БАТС 7, то блокирующий сигнал на выходе УБФ 9 не формируется и блокирующий вход УУ 5 оказывается невозбужденным. Благодаря этому УУ 5 по шине ШК 10 выдает инструкцию (правило) коммутации УКС 4, обеспечивая ее настройку на соответствующую структуру защиты.

Описанный процесс повторяется в цикле, определяемом заданными правилами коммутации структур из общего ансамбля структур защиты. В остальном устройство

функционирует аналогично устройству по основному изобретению. В частности, одновременно с настройкой УКС 4 на заданную структуру по команде из УУ 5 по шине ШКУ 13 на вход ИОС 2 поступает код необходи0 мой для данной структуры защиты уставки. Значение напряжения уставки поступает по соответствующим линиям коммутации УКС 4 на релейный элемент (один из ФУ). Таким же образом посредством УКС 4 от датчиков

5 D1.D2на соответствующие ФУ поступают сигналы информационных параметров с объекта защиты. Аналогично с ФУ, выполняющими роль выходных органов устройств защиты, через соответствующие горизонта0 ли и вертикали УКС 4 поступают сигналы с выхода МЦРЗ в цепи отключения КА при срабатывании защиты.

Блоки БАК 8 и УБФ 9, образующие БАТС 7, могут быть выполнены, например, в соот5 ветствии со схемой, приведенной на фиг.7. Блок БАК 8 представляет собой набор блок- контактов коммутационных аппаратов (БККА) защищаемой электрической системы, в цепи каждого из которых включен ре0 зистор R Упомянутые резисторы вместе с БККА образуют параллельно включенные цепи, нагруженные на источник напряжения Е. При замыкании любого из блок-контактов в его цепи начинает протекать ток,

5 создающий на соответствующем резисторе R падение напряжения нормированной величины, которое является выходным сигналом 1 соответствующего канала БАК 8. Таким образом, БАК 8 выполняет функцию

0 преобразования состояния блок-контактов всех коммутационных аппаратов защищаемого объекта в позиционный двоичный код С разрядностью, соответствующей числу коммутационных аппаратов, причем Лог.О

5 соответствует разомкнутым БККА, а Лог.1 соответствует замкнутым БККА

Упомянутый позиционный код разбивают на I символов (слогов), например, по 8 разрядов в каждом. Каждый слог поступает

0 с выхода БАК 8 через свой порт в УБФ 9. Таким образом, число входных портов УБФ 9 равно I. В качестве УБФ 9 в данном примере реализации используется микроЭВМ (МЭВМ), которая, кроме упомянутых портов

5 (порт 1 - порт I), имеет дополнительный порт (порт УУ), в который по шине ШОР (шина спроса и разрешения) поступает от УУ запрос на идентификацию состояния КА объекта. МикроЭВМ имеет также устройство вывода УВ, которое связывает выход УБФ с

шиной ШБФ устройства защиты, по которой в его УУ поступает сигнал блокирования формирования очередной структуры защиты. Кроме этого, в УБФ 99 входят два постоянных запоминающих устройства ПЗУ 1 и ПЗУ 2. В ПЗУ 1 хранится библиотека коммутационных аппаратов объекта защиты (набор всех возможных позиционных двоичных кодов для данного объекта защиты). В ПЗУ 2 хранится библиотека структур защиты, обеспечивающих контроль защищаемого объекта при различной его конфи- гурации (при различном сочетании состояний КА) Кроме этого, в состав микро- ЭВМ входят центральный процессор и ОЗУ.

Процесс блокирования формирования ненужных структур в УБФ 9 осуществляется следующим образом (см фиг.7), Информация о состоянии защищаемой электрической системы с портов 1 микроЭВМ УБФ 9 поступает в центральный процессор (ЦП) микроЭВМ ЦБФ 9, который формирует команду опроса содержимого ПЗУ 1. Из последнего в зону микроЭВМ УБФ 9 последовательно поступают коды, соответствующие всем возможным конфигурациям электрической системы. При выявленном в ЦП совпадении кода из ПЗУ 1 с кодом из портов 1 - микроЭВМ УБФ 9 формирует команду на выборку из ПЗУ 2 кодов, соответствующих структурам защиты, необходимых для контроля электрической системы сложившейся конфигурации. Далее ЦЦА УБФ 9 осуществляет сравнение каждого из этих кодов с кодом поступающим в порт УУ микроЭВМ УБФ 9 от УУ 5 (см.фиг.5). В случае несовпадения упомянутых кодов ЦП формирует на шине ШБФ 14 сигнал на блокирование формирования в УУ 5 и УКС 4 структуры защиты, код которой поступил в порт УУ УБФ 9. После этого УУ 5 по шине ШОР 15 посылает в УБФ 9 код, соответствующий предлагаемой к формированию следующей структурой защиты

В случае, если при сравнении кодов с УУ 5 и из ПЗУ 2 в УБФ 9 выявляется их совпадение, ЦП УБФ 9 не формирует сигнал запрета по шине ШБФ 14, в результате чего

УУ 5 и УКС 43 формируют необходимую структуру защиты, При этом б случае отсутствия к.з. в защищаемой электрической системе через заданное время происходит

декомпозиция последней сформированной в УКС 4 структуры защиты, и УУ 5 посылает в УБФ 9 код очередной структуры защиты. Далее процесс повторяется.

В случае же наличия к.з. в защищаемой

системевпоследняя сформированная структура защиты замораживается на эремя, достаточное для отключения поврежденного участка. После формирования структуры защиты в УКС 4 последовательность операций

по контролю и отключения поврежденных участков защищаемой электрической системы в соответствии с данным способом совпадает со способом-прототипом.

Данное техническое решение наиболее целесообразно использовать при предъявлении повышенных требований и надежности защиты и ее быстродействию в особенности, в распределительных сетях автономных энергосистем, подвергаемых

частой реконфигурации

Формула изобретения Способ многофункциональной централизованной защиты электрических систем от коротких замыканий по

авт.св Kb 1513567, от л и ч а ю щи и с я тем, что, с целью повышения быстродействия и надежности дополнительно непрерывно контролируют и фиксируют включенное или отключенное состояние коммутационных

аппаратов электрической системы, по результатам контроля судят о конфигурации электрической системы в каждый момент времени, по заранее заданным правилам определяют состав структур защит, необходимых для контроля электрической системы, сложившейся к данному моменту времени конфигурации, причем после каждой реконфигурации электрической системы блокируют формирование тех из А

структур защиты из заданного набора, которые не предназначены для выявления повреждений в электрической системе сложившейся конфигурации.

Использование: в распределительных сетях автономных энергосистем, подвергаемых частой реконфигурации Сущность изобретения: введение непрерывного контроля конфигурации защищаемой системы путем слежения за состоянием коммутационных аппаратов и блокирование формирования тех из структур защит, которые не принимают участия в выявлении к.з в электрической системе сложившейся конфигурации, позволяют повысить быстродействие и надежность защиты. 7 ил.

щ

I

Т

//ff ff fj/fe | #&с г/7{/же Зона |Зсна

J Л кагрузхе

3oHff3

||

«7 / Й-уся7р0йс/7 40реяейнод зящи/ям

ff) Режим работы ЭС

ИнтервалГ +1 Янтерба/г О. --) времени кода + p «w/--/J -1 №еме//и№ Ж -н Ј-.+J Лл-ggj / -+J..#afo.

J Л кагрузхе

3oHff3

Ясриоды cyu(ec/n$oSaM/jt ЭСбез защс/лты г/з-зв форршродя/шя usSt/fficwHurjr o/npyx/nt/p/лри исло/гьзеВаниц с/7Рсо$сг-лр0/пея и/ а)

Фиг.

f

л

.

-4

сл

ка

й

1/нмф6ал ёоекеми |г- .

У/арааЬк gty / itp o8crffm Cirpyffnyp Заще/лм

ШОК

ШУ Ш

Ctte/ar цимоЈ

(//tmep&cr/fГ/ - -О

n/w/vMtf A-2 if -} ( |д-«Фиг. б

г1

йтгЛЙГ