Известные устройства для высокочастотной защиты кабельных силовых линий состоят из высокочастотного канала, организованного по защищаемому силовому кабелю, двух приемопередающих полукомплектов, каждый из которых содержит орган питания, комбинированный фильтр тока положительной и отрицательной последовательности для получения напряжения манипуляции, орган манипуляции высокочастотного сигнала, орган сравнения фаз промышленного тока по манипулированным высокочастотным сигналам, индикатор с увеличенным углом блокировки и орган управления выключателем.
Предлагаемое устройство отличается от известных тем, что, с целью повышения надежности, чувствительности и быстродействия, в органе питания применен суммирующий трансформатор, первичными обмотками включенный в фазы цепей измерительных трансформаторов тока, а вторичной обмоткой параллельно с контуром емкостного отбора через конденсатор связи - к стабилизатору-ограничителю, питающему информационную часть полукомплектов. В последней комбинированный фильтр тока положительной и отрицательной последовательности через фильтр основной частоты соединен с манипулятором-усилителем высокочастотного сигнала, связанным с органом сравнения фаз тока, к которому подключен индикатор с увеличенным углом блокировки, присоединенный через импульсный усилитель к органу управления выключателем.
С целью уменьшения потерь мощности высокочастотного сигнала манипулятор-усилитель выполнен по логической схеме И из двух последовательно включенных транзисторов, один из которых усиливает высокочастотный сигнал.
Для повышения надежности на срабатывание орган сравнения фаз тока выполнен комбинированным на двух элементах, один из которых представляет собой логический элемент И и служит для выявления сдвига фаз по времени совпадения манипулированных высокочастотных сигналов, второй на логическом элементе И с отрицанием по высокой частоте и разрешением по величине и скорости изменения промышленного тока для выявления сдвига фаз по времени отсутствия высокочастотного сигнала.
На чертеже приведена принципиальная схема полукомплекта предлагаемого устройства
Блок питания полукомплекта содержит резонансный контур 1, включенный последовательно с конденсатором связи и образованный конденсатором с трансреактором, и суммирующий трансформатор 2, три первичные обмотки которого включены в фазы цепей измерительных трансформаторов, тока.
Для получения питания по току в симметричных режимах одна из обмоток суммирующего трансформатора вывернута. С целью надежного комбинированного питания в режимах любых несимметричных коротких замыканий фаза с вывернутой обмоткой должна совпадать с фазой емкостного отбора через конденсатор связи.
Вторичные обмотки трансреактора резонансного контура и суммирующего трансформатора через выпрямительные мостики подключены параллельно к стабилизатору-ограничителю.
Напряжение питания при посадке тока и напряжения в кабеле до нуля поддерживает конденсатор 3, а диод 4 отделяет конденсатор от токового элемента, что необходимо для быстрого установления напряжения питания при включении кабеля на короткое замыкание.
Стабилизатор-ограничитель содержит каскад ограничения перенапряжений по току при коротких замыканиях на транзисторе 5 и каскад стабилизации напряжения питания на составном транзисторе 6.
Измерительный блок состоит из комбинированного фильтра тока, выполненного на трансформаторе тока 7 и трансреакторе 8, первичные обмотки которых включены на разность фазных токов измерительных трансформаторов тока, и фильтра основной частоты 9, установленного на выходе комбинированного фильтра. Переменные сопротивления, подключенные к вторичным обмоткам трансформатора тока и трансреактора комбинированного фильтра, плавно регулируют его коэффициент.
С фильтра основной частоты напряжение подается в логический блок к манипулятору-усилителю высокочастотного сигнала и в цепь комбинированного органа сравнения фаз промышленного тока, по которой осуществляется пусковая программа.
Манипулятор-усилитель состоит из усилителя высокочастотного сигнала на транзисторе 10 и ключа на транзисторе 11, включенных цепями эмиттер-коллектор последовательно на напряжение питания и образующих схему И. Ключ, который питается напряжением с транзистора 12, ограничивает и формирует напряжения манипуляции с выхода измерительного блока и подключает питание к высокочастотному усилителю в каждый положительный полупериод напряжения манипуляции. В результате этого усилитель выдает высокочастотные сигналы (пакеты) длительностью в полпериода промышленной частоты.
Комбинированный орган сравнения фаз промышленного тока имеет на концах защищаемого кабеля два элемента, один из которых осуществляет программу обработки информации о фазах тока по времени отсутствия высокочастотных пакетов, другой - по времени их совпадения.
Элемент отсутствия выполнен по логической схеме И с отрицанием на транзисторе 13. Информация о фазах тока в виде высокочастотных пакетов с усилителя манипулятора и приемника высокой частоты поступает на транзистор через разделительные диоды 14. Через стабилизатор 15 и конденсатор 16 осуществляется пусковая программа обработки информации о величине и скорости изменения промышленного тока по напряжению на выходе измерительного блока. Элемент отсутствия выдает информацию о сдвиге фаз тока в защищаемом кабеле при наличии соответствующей информации о величине или скорости изменения промышленного тока и отсутствии высокочастотных пакетов, поступающих через разделительные диоды. Пусковая программа предотвращает выдачу элементом ложной информации при повреждении высокочастотного тракта в нормальном режиме.
Элемент совпадения выполнен по логической схеме И на транзисторе 17. Через разделительные диоды 18 на транзистор поступает информация о фазах тока в виде высокочастотных пакетов, по совпадению которых элемент выдает информацию о сдвиге фаз тока в защищаемом кабеле. Принцип действия элемента совпадения не требует пусковой программы, что обеспечивает высокую чувствительность защиты в режимах короткого замыкания при отсутствии полного нарушения высокочастотного канала.
Информация о сдвиге фаз тока в виде прямоугольных импульсов поступает раздельно с элементов комбинированного органа сравнения фаз в индикатор 19 интегрального типа. Разделение производят диоды 20. Программа обработки информации о сдвиге фаз, осуществляемая в индикаторе, заключается в сравнении длительности импульсов с заданной уставкой - углом блокировки защиты.
Сопротивления, регулирующие угол блокировки, включены параллельно интегрирующим конденсаторам. Это обеспечивает мгновенный сброс через транзисторы 13 и 17 элементов отсутствия и совпадения, что в свою очередь не позволяет суммировать импульсы, обусловленные коммутационными помехами.
В связи с невозможностью значительных сдвигов по фазе токов при коротких замыканиях на защищаемом кабеле в защите принят повышенный угол блокировки (вплоть до 90°), который позволяет отстроиться от больших угловых погрешностей измерительных трансформаторов тока при их сильном насыщении. Вместе с тем, в защите используется фильтр основной частоты, исправляющий при сильном насыщении измерительных трансформаторов тока форму напряжения манипуляции. Совместное применение в защите фильтра основной частоты и индикатора с повышенным углом блокировки позволяет ей правильно работать при больших кратностях токов короткого замыкания и сильном насыщении измерительных трансформаторов тока.
При превышении длительности импульсов заданной установки индикатор дает сигнал на двухкаскадный усилитель на транзисторах 21 и 22. На выходе усилителя включен импульсный трансформатор 23, управляющий тиристором и разделяющий цепи постоянного оперативного тока напряжением 110-220 в от цепей защиты, имеющих заземление. Для работы тиристора от кратковременных импульсов с трансформатора в его силовой цепи параллельно катушке отключения включено активное сопротивление 24, обеспечивающее мгновенное возрастание тока до величины, необходимой для «зажигания» тиристора.
Высокочастотный передатчик включает кварцованный генератор на транзисторе 25, промежуточный усилитель, являющийся фактически элементом манипулятора-усилителя, двухтактный усилитель мощности 26 и линейный фильтр. Приемник высокой частоты состоит из приемного фильтра 27 и усилительного каскада на транзисторе 28. Линейный и приемный фильтры через высокочастотный кабель и аппаратуру присоединения подключены к защищаемому силовому кабелю.
Для четкого разделения информации о фазе тока на данном конце защищаемого кабеля от соответствующей информации с противоположного конца в защите применяется дуплексная система связи.
Приемопередатчик работает в режиме непрерывной циркуляции высокочастотных сигналов. Надежность такого режима определяется необходимостью в кабельных сетях относительно небольшой мощности на выходе передатчика. Непрерывная циркуляция, т.е. отсутствие пуска высокочастотной части, значительно повышает селективность действия защиты.
Блок контроля высокочастотного тракта выполнен на транзисторах 29 и 30, на которые подаются высокочастотные сигналы от своего передатчика и через приемник от передатчика с противоположной стороны. При отсутствии информации о наличии высокой частоты транзисторы включают сигнальные реле, дающие сигнал о повреждении высокочастотного тракта.
Информация о токах в фазах защищаемого кабеля преобразуется комбинированным фильтром тока в напряжение, которое через фильтр основной частоты поступает в логический блок для манипуляции и осуществления пусковой программы. Напряжение управляет манипулятором-усилителем, в результате чего он выдает высокочастотные пакеты, несущие информацию о фазе токов, так как длительность их равна полупериоду напряжения манипуляции. Высокочастотные пакеты подаются на элементы отсутствия и совпадения комбинированного органа сравнения фаз своего полукомплекта и по высокочастотному каналу защищаемого кабеля - на его противоположный конец, где через приемник высокой частоты поступают в комбинированный орган сравнения фаз удаленного полукомплекта.
В нормальном режиме напряжения манипуляции по концам защищаемого кабеля находятся приблизительно в противофазе, и высокочастотные пакеты его и удаленного полукомплектов следуют друг за другом. Время отсутствия и совпадения пакетов, соответствующее сдвигу фаз, определяется погрешностями измерительных элементов и запаздыванием высокочастотных сигналов. Элемент отсутствия не может фиксировать этого времени в связи с отсутствием пускового разрешающего сигнала по величине и скорости изменения промышленного тока. Его фиксирует элемент совпадения, но так как длительность выдаваемых импульсов мала, Они не проходят индикатора. Режим внешнего короткого замыкания отличается от нормального режима тем, что появляется пусковой разрешающий сигнал по величине и скорости изменения или только по скорости изменения тока в кабеле. Элемент отсутствия тоже начинает фиксировать сдвиг по фазе, который в этом режиме может несколько увеличиться за счет возрастания угловой погрешности измерительных трансформаторов тока. Однако длительность импульсов с элементов отсутствия и совпадения остается настолько мала, что они не проходят индикатора, определяющего место повреждения. На отключение защита не действует.
При коротком замыкании на защищаемом кабеле напряжения манипуляции совпадают приблизительно по фазе, совпадают и высокочастотные пакеты своего и удаленного полукомплектов. Время отсутствия и совпадения пакетов максимально и равно примерно полупериоду промышленной частоты. При этом имеет место пусковой разрешающий сигнал. Импульсы, выдаваемые элементами отсутствия и совпадения, проходят через индикатор на импульсный усилитель, который дает сигнал на тиристор. В результате последний срабатывает и включает катушку отключения выключателя.
1. Устройство для бесконтактной, высокочастотной защиты силовой кабельной линии, состоящее из высокочастотного канала, организованного по защищаемому силовому кабелю, двух приемопередающих полукомплектов, каждый из которых содержит орган питания, комбинированный фильтр тока положительной и отрицательной последовательности для получения напряжения манипуляции, орган манипуляции высокочастотного сигнала, орган сравнения фаз промышленного тока по манипулированным высокочастотным сигналам, индикатор с увеличенным углом блокировки и орган управления выключателем, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, чувствительности и быстродействия, в органе питания применен суммирующий трансформатор, включенный первичными обмотками в фазы цепей измерительных трансформаторов тока, а вторичной обмоткой параллельно с контуром емкостного отбора через конденсатор связи в стабилизатор-ограничитель, питающий информационную часть полукомплектов, в которой комбинированный фильтр тока положительной и отрицательной последовательности через фильтр основной частоты соединен с манипулятором-усилителем высокочастотного сигнала, связанным с органом сравнения фаз тока, к которому подключен индикатор с увеличенным углом блокировки, присоединенный через импульсный усилитель к органу управления выключателем.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью уменьшения потерь мощности высокочастотного сигнала при манипуляции, манипулятор-усилитель выполнен по логической схеме И из двух последовательно включенных транзисторов, один из которых усиливает высокочастотный сигнал.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности на срабатывание, орган сравнения фаз тока выполнен комбинированным на двух элементах, один из которых представляет собой логический элемент «И» и служит для выявления сдвига фаз по времени совпадения манипулированных высокочастотных сигналов, второй - на логическом элементе И с отрицанием по высокой частоте и разрешением по величине и скорости изменения промышленного тока для выявления сдвига фаз по времени отсутствия высокочастотных сигналов.
