Способ защиты от повышения напряжения трехфазной линии электропередачи Советский патент 1992 года по МПК H02H9/04 

Изобретение относится к электротехнике и, в частности, к защите электрических сетей сверхвысокого напряжения.

Известен способ защиты от повышения напряжения, заключающийся в том, что в установившихся нормальных режимах перед коммутацией линии с помощью средств регулирования напряжения на линии осуществляется снижение напряжения ниже нормального эксплуатационного предела на 3-5%.

Например, регулирующие рансформа- торы понизительных, трансформаторных групп перед включением ВЛ устанавливаются в крайнее положение для снижения напряжения на шинах 400 кВ.

Недостатком такого способа является невозможность во многих случаях достаточно быстро принять меры по снижению напряжения, например, при отключениях несимметричных коротких замыканий, асинхронного хода, бросках нагрузки.

Известен способ защиты от повышения напряжения, в трехфазной линии электропередачи, заключающийся в том, что в качестве компенсирующих устройств используют комбинации из шунтирующих реакторов и батареи конденсаторов с регулированием суммарной мощности устройства.

Недостатком такого способа является низкая скорость реакции: время, необходимое для изменения положения ответвления составляет 4с. Поэтому при наличии в энергосистеме мощных потребителей с резко из- менгющейся нагрузкой в качестве устройств для плавного регулирования реактивной мощности в некоторых странах

VJ

СО

§

ю

получили распространение управляемые насыщенные реакторы. Обычно управляемые реакторы устанавливаются совместно с батареей конденсаторов. Статическое компенсирующее устройство с управляемым реактором обладает достаточным быстродействием.

Недостатком насыщающегося управляемого реактора является несинусоидальность потребляемого тока, которая в большей степени зависит от скорости регулирования.Так, например, приуменьшении постоянной времени цепи с 3 до 0,3 с с содержанием гармоник в кривой тока возрастает с незначительной величины до 12% амплитуды основной гармоники.

Для снижения перегрузки ЛЭП и повышения пропускной способности в ЭЭС используются также фазосдвигающие трансформаторы. Задача поиска минимального количества фазосдвигающих трансформаторов, регулированием которых обеспечивается разгрузка ЛЭП в сложно замкнутой сети ОЭС, решается методом динамического программирования с ограничением по: допустимому току ЛЭП, разности фазовых углов начала и конца ЛЭП, величине генерации активной и реактивной мощности СГ, величине напряжений, балансу мощностей в узлах сети. Пошаговая процедура состоит из этапов: расчет исходного потокораспределения, определение наиболее перегружаемой ветви (ЛЭП), определение наиболее восприимчивого фазоповоротного трансформатора и осуществлении регулирующего воздействия в виде минимального приращения в нужном направлении, повторный расчет потокораспределения, проверка соответствия ограничениям. Если перегрузка сохранилась- повторение предыдущих шагов до тех пор, пока не будет достигнуто отсутствие перегрузки и ее снижение до допустимой величины,

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ защиты от повышения напряжения линии электропередачи, при котором задают интервалы повышения фазного напряжения линии электропередачи выше заданной величины и при повышении измеренного напряжения на линии электропередачи выше этой величины, отключают ее с выдержкой времени, заданной для соответствующего интервала повышения напряжения. Например, при повышении любого из фазных на- пряжений (10-15% Уф с выдержкой времени 10-15 с отключают защищаемую линию, а при повышении на (30-50)% Уф - лиьию отключают со временем 0,1-0,15 с,

что необходимо для отстройки от переходных процессов.

Однако, недостатком такого способа является то, что обе выдержки на отключение

линии фиксированы и не меняются в зависимости от величины текущего единичного воздействия повышения напряжения на оборудование, а также способ не учитывает отработанных ранзе долей единичных воз0 действий. Это приводит к необходимости выбирать малые выдержки времени на отключение линии, хотя при определенных единичных воздействиях оборудование могло бы работать значительно большее время,

5 за которое единичное воздействие могло бы устраниться и линию вообще не нужно было бы отключать.

Таким образом, указанный способ приводит к увеличению числа отключений ли0 нии, а следовательно, к снижению надежности электроснабжения.

Целью изобретения является повышение пропускной способности и снижение потерь мощности в линии. Эта цель дости5 гается за счет повышения эффективности способа защиты от повышения напряжения путем варьирования выдержки времени на отключение линии в зависимости от величины текущего единичного повышения напря0 жения и учета отработанных единичных воздействий.

Поставленная цель достигается тем, что в способе защиты от повышения напряжения трехфазной линии электропередачи,

5 при котором задают интервалы повышения фазного напряжения выше заданной величины и при повышении измеренного напряжения на линии электропередачи выше этой величины, отключают ее с выдержкой вре0 мени, с заданным шагом измеряют модули мгновенных значений каждого фазного напряжения и определяют из них максимальное за полупериод промышленной частоты, усредняют максимальные значения моду5 лей напряжения за выбранный шаг расчета, усредненное значение напряжения за шаг расчета сравнивают с интервалами повышения напряжения и оперируют в дальнейшем значением напряжения, соответствующим

0 верхней границе интервала повышений напряжений, где находится полученное усред- ненное значение напряжения, по напряжению верхней границы интервала при использовании зависимости допусти5 мой длительности единичных повышений напряжения от их величины для подключенного к линии электрообрудования определяют допустимую длительность такого повышения напряжения на каждой фазе Тп, Ti2, Ti3, выбирают меньшее из них Ti, определяют долю отработанного единичного повышения напряжения Sn за текущий п шаг расчета, равную отношению шага расчета At к полученной допустимой длительности единичного повышения напряжения Ti, где I - количество шагов расчета, и изменяют выдержку времени, с которой необходимо отключить линию электропередачи при повышении напряжения выше заданного, в соответствии со значением, вычисленным по формуле

T-0-f Sn)-Ti п 1

1 На фиг.1 представлена блок-схема устройства определения времени отключения выключателей линии электропередачи с учетом текущего единичного воздействия повышения напряжения на оборудование, реализующего изобретение.

На фиг.2 представлена функциональная схема блока определения допустимой длительности повышения напряжения на линии электропередачи.

На фиг.З представлена функциональная схема блока определения допустимой длительности повышения напряжения на одной из фаз линии электропередачи.

Устройство, представленное на фиг,1, содержит линию электропередачи с фазами 1,2, 3, подключенными с помощью выключателей А к шинам 5 и б соответственно подстанций 7 и 8. К фазам 1,2,3 подключен трансформатор напряжения 9. Напряжения, измеренные на каждой фазе, поступают на три блока определения допустимой длительности повышения напряжения за шаг расчета на каждой фазе линии электропередачи соответственно 10, 11, 12. шаг расчета задается таймером 13, соединенным с входами блоков 10, 11 и 12. Выходы блоков 10, 11 и 12 соединены со входом блока 14 определения допустимой длительности повышения напряжения на линии электропередачи, выход которого соединен с первым входом блока 15 определения отработанной доли единичного повышения напряжения, другой вход которого соединен с таймером 13, определяющим шаг расчета. Выход блока 15 соединен с первым накапливающим сумматором 16, выход которого в свою очередь через сумматор 17 соединенный с первым входом умножителя 18, второй вход которого соединен с блоком 14 определения допустимой длительности повышения напряжения на линии электропередачи. Выход блока 18 соединен с исполнительным органом, воздействующим на отключение выключателей 4 на шинах 5, 6, соответственно подстанций 7 и 8.

На фиг.2 представлена функциональная схема блока 14 определения допустимой длительности повышения напряжения на линии электропередачи, который содержит

5 коммулатор 19 выход которого соединен с первым входом первого блока сравнения 20, выход которого соединен со входом первого регистра 21, один из выходов которого соединен со вторым входом первого блока

0 сравнения 20, Выход первого регистра 21, который является выходом блока 14, соединен со входом блока 15 определения отработанной доли единичного повышения напряжения за текущий шаг расчета,

5 На фиг.З представлена функциональная схема блока определения допустимой длительности повышения напряжения на одной из фаз линии электропередачи, например 10, Блоки 11 и 12 имеют идентичную функ0 циональную схему.

Каждый из блоков определения повышения напряжения на фазе линии содержит формирователь синхронизирующего сигнала 22, вход которого соединен с трансфор5 матором напряжения 9 для того, чтобы привязать начало расчета к моменту перехода напряжения каждой фазы через нуль. Выход блока 22 соединен со входами аналого-цифрового-преобразователя 23, ге0 нератора импульсов шага измерения 24 и генератора 25 импульсов промышленной частоты. Выходы аналого-цифрового преобразователя 23 и генератора импульсов шага измерения 24 через первую схему И 26

5 соединены со вторым регистром 27, выход которого соединен со входом запоминающего устройства 28, выход последнего соединен с первым входом второй схемы И 29, второй вход которой через первый триг0 гер 30 соединен с первым входом генератора импульсов промышленной частоты 25, второй выход которого соединен с первым входом счетчика импульсов 31.

5 Второй вход счетчика импульсов 31 через второй триггер 32 соединен с таймером 13. выход второй схемы И соединен со входом считывающего устройства 33, выход которого соединен с цифроаналоговым пре0 образователем 32. Выход цифроаналогово- го преобразователя 34 через третий регистр

35,соединен со второй схемой сравнения

36,выход которой через четвертый регистр

37соединен с первым входом второго на- 5 капливающего сумматора 38, второй вход

которого соединен со вторым триггером 32. выход второго накапливающего сумматора

38соединен с первым входом делителя 39, второй вход которого подключен к выходу счетчика импульсов 31.

Устройство содержит также три блока- 40,41,42 уставки границ повышения напряжения (в данном примере реализации способа приведено три блока уставки, но их может быть и больше в зависимости от заданной точн, измерения), а также три схемы сравнения: соответственно третья - 43, четвертая - 44 и пятая - 45. Выход делителя 39 соединен с первым входом третьей схемы сравнения 43. Выходы блоков уставки 40,41,42 значений повышения напряжения подключены ко вторым входам соответственно схем сравнения 43, 44, 45. Выход третьей схемы сравнения 43 через, первый ключ 46 соединен с первым входом четвертой схемы сравнения 44, выход ключа 46 Соединен также со входом первой схемы И-Н Е 47, второй вход которой соединен с выходом блока уставки 40 первого значения повышения напряжения. Выход первой схемы И-НЕ 47 через второй ключ 48 соединен с первым входом блока памяти 49. Выход четвертой схемы сравнения 44 через третий ключ 50 соединен с первым входом пятой схемы сравнения 45, Выход третьего ключа 50 соединен с первым входом второй схемы И-НЕ 51, второй вход которой соединен с выходом блока уставки 41 второго значения повышения напряжения. Выход второй схемы И-НЕ 51 через четвертый ключ 52 соединен со вторым входом блока памяти 49. Аналогично выход пятой схемы сравнения 45 через пятый ключ 53 соединен со входом третьей схемы И-НЕ 54, второй вход которой соединен с выходом блока уставки 42 третьего значения-повышения напряжения. Выход третьей схемы И-НЕ 54 через шестой ключ 55 соединен с третьим входом блока памяти 49.

устройство фиг. 1, реализующее предложенный способ, работает следующим образом. Сигналы, пропорциональные напряжению на фазах линии электропередачи 1, 2, 3. через трансформатор напряжения 9 поф-азно поступают на блоки определения допустимой длительности повышения напряжения на фазах линии соответственно 10, 11, 12. Далее рассмотрим

работу устройства относительно одной фазы (фиг.З). На входах каждого из блоков 10, 11, 12 имеется формирователь синхровизи-, рующего сигнала 22, который привязывает начало отсчета во всех трех фазах к моменту перехода фазного напряжения через нуль. Выход формирователя синхронизирующего сигнала 22 соединен со входом аналого- цифрового преобразователя (АЦП) 23, генератора импульсов шага измерения 24 и генератора импульсов промышленной час-. тоты 25 Ччстота генератора импульсов шага измерения 24 выбирают кратной половине периода промышленной частоты 50 Гц. В АЦП 23 аналоговый сигнал, пропорциональный напряжению на одной фазе линии электропередачи преобразуется в цифровой код и со скважностью, определяемой частотой генератора 24, через первую схему И 26 поступает во второй регистр 27, а с выхода регистра 27 - в запоминающее устройство

0 28.

При окончании первого импульса генератора 25 срабатывает первый триггер 30 и дискретные сигналы из запоминающего устройства 28 через вторую схему И 29 про5 ходят в считывающее устройство 33, затем в цифроаналоговый преобразователь 34, где преобразуются в дискретные аналоговые сигналы, которые через третий регистр

35поступают во вторую схему сравнения 36, 0 где первые два дискретных значения напряжения за половину периода промышленной частоты сравниваются между собой, затем большее из двух сравниваемых значений напряжений через четвертый регистр 37

5 проходит на другой вход схемы сравнения

36и сравнивается со следующим дискретным значением напряжения и эта процедура сравнения продолжается до тех пор, пока на выходе четвертого регистра 37 не появит0 ся наибольшее по модулю напряжение за интервал, равный половине периода промышленной частоты. Эти максимальные значения напряжения после каждого переброса первого триггера 30 накапливаются

5 во втором накапливающем сумматоре38. От генератора импульсов 25 промышленной частоты сигнала поступают в счетчик импульсов 31, где производится их счет за время шага расчета, задаваемое таймером 13.

0 При срабатывании таймера 13, срабатывает второй триггер 32 на вход делителя поступает сумма максимальных напряжений за несколько полупериодов промышленной частоты, а со счетчика 31 - число этих пол5 упериодов, поэтому на выходе делителя 39 появляется сигнал, пропорциональный среднему фазному значению напряжения - за шаг расчета Дг. Среднее фазное значение напряжения за шаг расчета с выхода

0 делителя 39 поступает в третью схему сравнения 43, второй вход которой соединен с выходом блока уставки 40 первого значения повышения напряжения, например 1,05 . Если среднее фазное значение напряжения

5 за шаг расчета больше первого значения повышения напряжения, то на выходе пер- вого ключа 46 и на входе четвертой схемы сравнения 44 появляется сигнал, который появляется и на входе первой схемы И-НЕ 47, на второй вход которой подается сигнал

блока уставки 40 первого значения повышения напряжения, следовательно на выходе первой схемы И-НЕ сигнал отсутствует и не срабатывает второй ключ 48 и отсутствует сигнал на первом входе блока памяти 49. Если же среднее фазное значение напряжения за шаг расчета меньше или равно значению 1,05 11ф, то на выходе первого ключа 46 сигнал отсутствует, зато появляется сигнал на выходе первой схемы И-НЕ 47, срабатывает второй ключ 48 появляется сигнал на первом входе блока 49 и на выходе блока памяти 49 появляется значение сигнала,, соответствующее допустимому времени воздействия повышенного напряжения 1,05 1)ф на изоляцию оборудования. Этот сигнал и поступает на вход блока 14 (фиг.1) определения допустимой длительности повышения напряжения на линии электропередачи.

Если же среднее фазное значение напряжения за шаг расчета больше 1,05 Уф, то это значение через первый ключ 46 проходит на вход четвертой схемы сравнения 44 и если оно меньше или равно второму значению повышения напряжения, 1,1 Уф, то отсутствует напряжение на выходе третьего ключа 50, а на выходе второй схемы И-НЕ 51 появляется сигнал, в результате чего срабатывает четвертый ключ 52, появляется сигнал на втором входе блока памяти 49 и соответственно на выходе блока памяти 49 появляется значение сигнала, соответствующее допустимому времени воздействия повышенного напряжения 1,1 Уф на изоляцию оборудования. Этот сигнал в данном случае поступает на первый вход блока 14. В том случае, если среднее фазное значение напряжения за шаг расчета больше второго значения повышения напряжения 1,1 Уф, то сигнал на выходе второй схемы И-НЕ 51 отсутствует, не срабатывает и четвертый ключ 52 и не появляется сигнала на выходе блока памяти 49. В этом случае сигнал через третий ключ 50 проходит на вход пятой схемы сравнения 45, где сравнивается с третьим значением повышения напряжения, например, 1,15 Уф и в случае если среднее значение фазного напряжения за шаг расчета меньше или равно значению 1,15иф,то на выходе пятого ключа 53 сигнал отсутствует, на выходе третьей схемы И-НЕ 54 появляется сигнал, срабатывает шестой ключ 55 и на выходе блока памяти 49 появляется значение сигнала, соответствующее допустимому времени воздействия повышения напряжения 1,15 Уф на изоляцию оборудования. Аналогично работает схема рис.1 на других шагах расчета, задаваемых

таймером 13, время которого может меняться.

Сигналы, пропорциональные допустимому времени воздействия повышения на- 5 пряжения на изоляцию оборудования с аналогичных блоков памяти 49 других фаз поступает на соответствующие входы блока 14, реализованного функциональной схемой представленной на фиг,2. Три фазных

0 значения Тц, Т|2, То допустимой длительности воздействия повышения напряжения на изоляцию электрооборудования через коммутатор 19 поступают в первый блок сравнения 20, где первые два значения

5 сравниваются между собой и меньшее из них поступает в регистр 21, с выхода которого поступает в схему сравнения 20, где сравнивается с третьим значением и меньшее из трех фазных значений допустимой

0 длительности воздействия повышения напряжения на изоляцию оборудования появляется на выходе регистра 21 и на входе блока 15 определения отработанной доли единичного повышения напряжения (фиг.1).

5 В блоке 15 который функционально представляет собой делитель напряжения, Sn определяется как отношение времени шага расчета At на значение П наименьшее. В первом накапливающем сумматоре 16 на0 капливаются значения Sn при каждом шаге расчета и одновременно после каждого шага расчета вычисленное значение Sn поступает в сумматор 17, где производится вычитание из единицы суммы отработанных

5 долей единичного повышения напряжения. В умножителе производится расчет времени, с которым необходимо отключить выключатели 4 линии электропередачи на данном шаге расчета, для чего значение

0

(1-2 Sn) умножается на вычисленное п 1

значение допустимого времени отключения линии TI на данном шаге расчета.

5 Шаг расчета, задаваемый таймером 13, также может регулироваться в зависимости от требуемой точности расчета времени отключения выключателей 4.

Формула изобретения

Q Способ защиты от повышения напряжения трехфазной линии электропередачи, при котором задают интервалы повышения фазного напряжения выше заданной величины, и при повышении измеренного напря5 жения на линии электропередачи выше этой величины отключают ее с выдержкой времени, заданной для соответствующего интервала повышения напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения пропускной способности и снижения потерь мощности в линии, с заданным шагом измеряют модули мгновенных значений каждого фазного напряжения и определяют из них максимальное за полупериод промышленной частоты, усредняют максимальные значения модулей напряжения за выбранный шаг расчета, усредненное значение напряжения на шаг расчета сравнивают с интервалами повышения напряжения и оперируют в дальнейшем значением напряжения, соответствующим верхней границе интервала повышений напряжений, где находится полученное усредненное значение напряжения, по напряжению верхней границы интервала при использовании зависимости допустимой длительности единичных повышений напряжения от их величины для подключенного к линии электрооборудования определяют допустимую длительность такого повышения напряжения на каждой фазе Гц, Тга, Пз, выбирают меньшее из них Ti, определяют долю отработаиногоединичного повышения напряжения Sn за текущий шаг п расчета, равную отношению шаги расчета At к полученной допустимой длительности единичного повышения напряжения Ti, где I - количество

шагов расчета, и изменяют выдержку времени, с которой необходимо отключить линию электропередачи при повышении напряжения выше заданного в соответствии со значением, вычисленным по формуле

п 1

С-2,

п - 1

Sn) Ti.

Использование: в электротехнике, в защите от повышения напряжений линий электропередач сверхвысокого напряжения. Сущность: дискретно измеряются модули мгновенных значений напряжения на каждой фазе, выбирают большее из них за полупериод, усредняют их за шаг расчета, сравнивают последовательно с тремя уставками, каждой из которых соответствует допустимая длительность, определяют допустимую длительность повышения напряжения на каждой фазе, выбирают меньшее из них, изменяют выдержку времени, с которой отключают линию, при повышении напряжением одной из уставок, которую вычисляют по формуле. 3 ил. ел С

Блек определения допустимой дли- тмбности noia/- шения напряжения iia3ta фазе

ФИ2 /

ПерСыи накапм- дающио сумматор

ISn

1Й

I

На отключение Аымлю- чатеяео

GfiAOwt 10,11. К

22

23

26

em ткансш матЬеа „ напряжения

55

т таймерак

Да Sj;fK /5

Фиг. 2

гз